實(shí)例解析Java中的synchronized關(guān)鍵字與線程安全問題

首先來回顧一下synchronized的基本使用：

• synchronized代碼塊，被修飾的代碼成為同步語句塊，其作用的范圍是調(diào)用這個(gè)代碼塊的對象，我們在用synchronized關(guān)鍵字的時(shí)候，能縮小代碼段的范圍就盡量縮小，能在代碼段上加同步就不要再整個(gè)方法上加同步。這叫減小鎖的粒度，使代碼更大程度的并發(fā)。
• synchronized方法，被修飾的方法成為同步方法，其作用范圍是整個(gè)方法，作用對象是調(diào)用這個(gè)方法的對象。
• synchronized靜態(tài)方法，修飾一個(gè)static靜態(tài)方法，其作用范圍是整個(gè)靜態(tài)方法，作用對象是這個(gè)類的所有對象。
• synchronized類，其作用范圍是Synchronized后面括號括起來的部分synchronized(className.class)，作用的對象是這個(gè)類的所有對象。
• synchronized()  ()中是鎖住的對象， synchronized(this)鎖住的只是對象本身，同一個(gè)類的不同對象調(diào)用的synchronized方法并不會(huì)被鎖住，而synchronized(className.class)實(shí)現(xiàn)了全局鎖的功能，所有這個(gè)類的對象調(diào)用這個(gè)方法都受到鎖的影響，此外()中還可以添加一個(gè)具體的對象，實(shí)現(xiàn)給具體對象加鎖。
  

synchronized (object) {
 //在同步代碼塊中對對象進(jìn)行操作 
}

synchronized關(guān)鍵字與線程安全
以為用了synchronized關(guān)鍵字包住了代碼就可以線程同步安全了。測試了下。發(fā)現(xiàn)是完全的錯(cuò)了。synchronized必須正確的使用才是真正的線程安全。。。雖然知道這種寫法，一直以為卻由于懶而用了錯(cuò)誤的方法。
看來基礎(chǔ)還沒有打好。仍需復(fù)習(xí)加強(qiáng)！工作中犯這種錯(cuò)誤是不可原諒的，要知道使用synchronized關(guān)鍵字的地方都是數(shù)據(jù)敏感的！汗一把。。。
先貼代碼：

package com; 
 
public class ThreadTest { 
 public static void main(String[] args) { 
  MyThread m1 = new MyThread(1); 
  MyThread m2 = new MyThread(2); 
  m1.start(); 
  m2.start(); 
 } 
} 
 
final class MyThread extends Thread { 
 private int val; 
 
 public MyThread(int v) { 
  val = v; 
 } 
 //這種做法其實(shí)是非線程安全的 
 public synchronized void print1(int v) { 
  for (int i = 0; i  100; i++) { 
   System.out.print(v); 
  } 
 } 
 
 public void print2(int v) { 
  //線程安全 
  synchronized (MyThread.class) { 
   for (int i = 0; i  100; i++) { 
    System.out.print(v); 
   } 
  } 
 } 
 
 public void run() { 
  print1(val); 
  // print2(val); 
 } 
} 

還是為了偷懶，汗一把。。。程序員總是懶的吧。能少寫就少寫。我把MyThread寫成了一個(gè)匿名的最終的內(nèi)部類，方便調(diào)用。它用了最直接的繼承Thread來實(shí)現(xiàn)一個(gè)線程類，定義需要運(yùn)行的run()方法。
首先注釋了print2()方法，看看print1()的結(jié)果如何。print1()是一個(gè)使用了synchronized關(guān)鍵字定義的方法，我一直以為這樣也可以實(shí)現(xiàn)線程安全。殊不知，我錯(cuò)了。
我們來直接運(yùn)行main()方法?？刂婆_(tái)打印結(jié)果如下：

MyThread m1 = new MyThread(1); 
MyThread m2 = new MyThread(2); 
m1.start(); 
m2.start(); 

接下來我們注釋掉run方法中的print1()，運(yùn)行print2()；
控制臺(tái)打印如下：

線程果然是安全了，一直以為也知道這種寫法，但由于這種寫法代碼稍微多點(diǎn)也就沒怎么考慮，今天才意識(shí)到這種錯(cuò)誤?？磥碛袝r(shí)候不懶還是有好處的。打好基礎(chǔ)很重要。糾正的長期以來的一個(gè)錯(cuò)誤。

下面我們來看看具體原因。

synchronized關(guān)鍵字可以作為函數(shù)的修飾符，也可作為函數(shù)內(nèi)的語句，也就是平時(shí)說的同步方法和同步語句塊。如果再細(xì)的分類，synchronized可作用于instance變量、object reference（對象引用）、static函數(shù)和class literals(類名稱字面常量)身上。
在進(jìn)一步闡述之前，我們需要明確幾點(diǎn)：
A．無論synchronized關(guān)鍵字加在方法上還是對象上，它取得的鎖都是對象，而不是把一段代碼或函數(shù)當(dāng)作鎖――而且同步方法很可能還會(huì)被其他線程的對象訪問。
B．每個(gè)對象只有一個(gè)鎖（lock）與之相關(guān)聯(lián)。
C．實(shí)現(xiàn)同步是要很大的系統(tǒng)開銷作為代價(jià)的，甚至可能造成死鎖，所以盡量避免無謂的同步控制。
接著來討論synchronized用到不同地方對代碼產(chǎn)生的影響：
假設(shè)P1、P2是同一個(gè)類的不同對象，這個(gè)類中定義了以下幾種情況的同步塊或同步方法，P1、P2就都可以調(diào)用它們。
1． 把synchronized當(dāng)作函數(shù)修飾符時(shí)，示例代碼如下：

Public synchronized void methodAAA() 
{ 
//…. 
} 

這也就是同步方法，那這時(shí)synchronized鎖定的是哪個(gè)對象呢？它鎖定的是調(diào)用這個(gè)同步方法對象。也就是說，當(dāng)一個(gè)對象P1在不同的線程中執(zhí)行這個(gè)同步方法時(shí)，它們之間會(huì)形成互斥，達(dá)到同步的效果。但是這個(gè)對象所屬的Class所產(chǎn)生的另一對象P2卻可以任意調(diào)用這個(gè)被加了synchronized關(guān)鍵字的方法。
上邊的示例代碼等同于如下代碼：

public void methodAAA() 
{ 
synchronized (this) // (1) 
{ 
//….. 
} 
} 

(1)處的this指的是什么呢？它指的就是調(diào)用這個(gè)方法的對象，如P1。可見同步方法實(shí)質(zhì)是將synchronized作用于object reference。――那個(gè)拿到了P1對象鎖的線程，才可以調(diào)用P1的同步方法，而對P2而言，P1這個(gè)鎖與它毫不相干，程序也可能在這種情形下擺脫同步機(jī)制的控制，造成數(shù)據(jù)混亂！

2．同步塊，示例代碼如下：

public void method3(SomeObject so) 
{ 
synchronized(so) 
{ 
//….. 
} 
} 

 
這時(shí)，鎖就是so這個(gè)對象，誰拿到這個(gè)鎖誰就可以運(yùn)行它所控制的那段代碼。當(dāng)有一個(gè)明確的對象作為鎖時(shí)，就可以這樣寫程序，但當(dāng)沒有明確的對象作為鎖，只是想讓一段代碼同步時(shí)，可以創(chuàng)建一個(gè)特殊的instance變量（它得是一個(gè)對象）來充當(dāng)鎖：

class Foo implements Runnable 
{ 
private byte[] lock = new byte[0]; // 特殊的instance變量 
Public void methodA() 
{ 
synchronized(lock) { //… } 
} 
//….. 
} 

注：零長度的byte數(shù)組對象創(chuàng)建起來將比任何對象都經(jīng)濟(jì)――查看編譯后的字節(jié)碼：生成零長度的byte[]對象只需3條操作碼，而Object lock = new Object()則需要7行操作碼。
3．將synchronized作用于static 函數(shù)，示例代碼如下：

Class Foo 
{ 
public synchronized static void methodAAA() // 同步的static 函數(shù) 
{ 
//…. 
} 
public void methodBBB() 
{ 
synchronized(Foo.class) // class literal(類名稱字面常量) 
} 
} 

代碼中的methodBBB()方法是把class literal作為鎖的情況，它和同步的static函數(shù)產(chǎn)生的效果是一樣的，取得的鎖很特別，是當(dāng)前調(diào)用這個(gè)方法的對象所屬的類（Class，而不再是由這個(gè)Class產(chǎn)生的某個(gè)具體對象了）。
記得在《Effective Java》一書中看到過將 Foo.class和 P1.getClass()用于作同步鎖還不一樣，不能用P1.getClass()來達(dá)到鎖這個(gè)Class的目的。P1指的是由Foo類產(chǎn)生的對象。
可以推斷：如果一個(gè)類中定義了一個(gè)synchronized的static函數(shù)A，也定義了一個(gè)synchronized 的instance函數(shù)B，那么這個(gè)類的同一對象Obj在多線程中分別訪問A和B兩個(gè)方法時(shí)，不會(huì)構(gòu)成同步，因?yàn)樗鼈兊逆i都不一樣。A方法的鎖是Obj這個(gè)對象，而B的鎖是Obj所屬的那個(gè)Class。
小結(jié)如下：
搞清楚synchronized鎖定的是哪個(gè)對象，就能幫助我們設(shè)計(jì)更安全的多線程程序。
還有一些技巧可以讓我們對共享資源的同步訪問更加安全：
1．定義private 的instance變量+它的 get方法，而不要定義public/protected的instance變量。如果將變量定義為public，對象在外界可以繞過同步方法的控制而直接取得它，并改動(dòng)它。這也是JavaBean的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)方式之一。
2．如果instance變量是一個(gè)對象，如數(shù)組或ArrayList什么的，那上述方法仍然不安全，因?yàn)楫?dāng)外界對象通過get方法拿到這個(gè)instance對象的引用后，又將其指向另一個(gè)對象，那么這個(gè)private變量也就變了，豈不是很危險(xiǎn)。這個(gè)時(shí)候就需要將get方法也加上synchronized同步，并且，只返回這個(gè)private對象的clone()――這樣，調(diào)用端得到的就是對象副本的引用了。

總結(jié)一些synchronized注意事項(xiàng)：

• 當(dāng)兩個(gè)并發(fā)線程訪問同一個(gè)對象中的synchronized代碼塊時(shí)，在同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程得到執(zhí)行，另一個(gè)線程受阻塞，必須等待當(dāng)前線程執(zhí)行完這個(gè)代碼塊以后才能執(zhí)行該代碼塊。兩個(gè)線程間是互斥的，因?yàn)樵趫?zhí)行synchronized代碼塊時(shí)會(huì)鎖定當(dāng)前的對象，只有執(zhí)行完該代碼塊才能釋放該對象鎖，下一個(gè)線程才能執(zhí)行并鎖定該對象。
• 當(dāng)一個(gè)線程訪問object的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，另一個(gè)線程仍然可以訪問該object中的非synchronized(this)同步代碼塊。(兩個(gè)線程使用的是同一個(gè)對象)
• 當(dāng)一個(gè)線程訪問object的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，其他線程對object中所有其它synchronized(this)同步代碼塊的訪問將被阻塞(同上，兩個(gè)線程使用的是同一個(gè)對象)。