实例解析Java中的synchronized关键字与线程安全问题

Java  /  管理员 发布于 8年前   253

首先来回顾一下synchronized的基本使用：

• synchronized代码块，被修饰的代码成为同步语句块，其作用的范围是调用这个代码块的对象，我们在用synchronized关键字的时候，能缩小代码段的范围就尽量缩小，能在代码段上加同步就不要再整个方法上加同步。这叫减小锁的粒度，使代码更大程度的并发。
• synchronized方法，被修饰的方法成为同步方法，其作用范围是整个方法，作用对象是调用这个方法的对象。
• synchronized静态方法，修饰一个static静态方法，其作用范围是整个静态方法，作用对象是这个类的所有对象。
• synchronized类，其作用范围是Synchronized后面括号括起来的部分synchronized(className.class)，作用的对象是这个类的所有对象。
• synchronized()  ()中是锁住的对象， synchronized(this)锁住的只是对象本身，同一个类的不同对象调用的synchronized方法并不会被锁住，而synchronized(className.class)实现了全局锁的功能，所有这个类的对象调用这个方法都受到锁的影响，此外()中还可以添加一个具体的对象，实现给具体对象加锁。
  

synchronized (object) { //在同步代码块中对对象进行操作 }

synchronized关键字与线程安全
以为用了synchronized关键字包住了代码就可以线程同步安全了。测试了下。发现是完全的错了。synchronized必须正确的使用才是真正的线程安全。。。虽然知道这种写法，一直以为却由于懒而用了错误的方法。
看来基础还没有打好。仍需复习加强！工作中犯这种错误是不可原谅的，要知道使用synchronized关键字的地方都是数据敏感的！汗一把。。。
先贴代码：

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;  }  //这种做法其实是非线程安全的  public synchronized void print1(int v) {   for (int i = 0; i < 100; i++) {    System.out.print(v);   }  }   public void print2(int v) {   //线程安全   synchronized (MyThread.class) {    for (int i = 0; i < 100; i++) {     System.out.print(v);    }   }  }   public void run() {   print1(val);   // print2(val);  } } 

还是为了偷懒，汗一把。。。程序员总是懒的吧。能少写就少写。我把MyThread写成了一个匿名的最终的内部类，方便调用。它用了最直接的继承Thread来实现一个线程类，定义需要运行的run()方法。
首先注释了print2()方法，看看print1()的结果如何。print1()是一个使用了synchronized关键字定义的方法，我一直以为这样也可以实现线程安全。殊不知，我错了。
我们来直接运行main()方法。控制台打印结果如下：

复制代码 代码如下:

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是一连串1和2交叉打印的结果。而我main方法中是先运行m1再运行m2的，显示没有做到线程同步！

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

接下来我们注释掉run方法中的print1()，运行print2()；
控制台打印如下：

复制代码 代码如下:

11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111112222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222

线程果然是安全了，一直以为也知道这种写法，但由于这种写法代码稍微多点也就没怎么考虑，今天才意识到这种错误。看来有时候不懒还是有好处的。打好基础很重要。纠正的长期以来的一个错误。

下面我们来看看具体原因。

synchronized关键字可以作为函数的修饰符，也可作为函数内的语句，也就是平时说的同步方法和同步语句块。如果再细的分类，synchronized可作用于instance变量、object reference（对象引用）、static函数和class literals(类名称字面常量)身上。
在进一步阐述之前，我们需要明确几点：
A．无论synchronized关键字加在方法上还是对象上，它取得的锁都是对象，而不是把一段代码或函数当作锁DD而且同步方法很可能还会被其他线程的对象访问。
B．每个对象只有一个锁（lock）与之相关联。
C．实现同步是要很大的系统开销作为代价的，甚至可能造成死锁，所以尽量避免无谓的同步控制。
接着来讨论synchronized用到不同地方对代码产生的影响：
假设P1、P2是同一个类的不同对象，这个类中定义了以下几种情况的同步块或同步方法，P1、P2就都可以调用它们。
1． 把synchronized当作函数修饰符时，示例代码如下：

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

这也就是同步方法，那这时synchronized锁定的是哪个对象呢？它锁定的是调用这个同步方法对象。也就是说，当一个对象P1在不同的线程中执行这个同步方法时，它们之间会形成互斥，达到同步的效果。但是这个对象所属的Class所产生的另一对象P2却可以任意调用这个被加了synchronized关键字的方法。
上边的示例代码等同于如下代码：

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

(1)处的this指的是什么呢？它指的就是调用这个方法的对象，如P1。可见同步方法实质是将synchronized作用于object reference。DD那个拿到了P1对象锁的线程，才可以调用P1的同步方法，而对P2而言，P1这个锁与它毫不相干，程序也可能在这种情形下摆脱同步机制的控制，造成数据混乱！

2．同步块，示例代码如下：

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

 
这时，锁就是so这个对象，谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。当有一个明确的对象作为锁时，就可以这样写程序，但当没有明确的对象作为锁，只是想让一段代码同步时，可以创建一个特殊的instance变量（它得是一个对象）来充当锁：

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

注：零长度的byte数组对象创建起来将比任何对象都经济DD查看编译后的字节码：生成零长度的byte[]对象只需3条操作码，而Object lock = new Object()则需要7行操作码。
3．将synchronized作用于static 函数，示例代码如下：

Class Foo { public synchronized static void methodAAA() // 同步的static 函数 { //…. } public void methodBBB() { synchronized(Foo.class) // class literal(类名称字面常量) } } 

代码中的methodBBB()方法是把class literal作为锁的情况，它和同步的static函数产生的效果是一样的，取得的锁很特别，是当前调用这个方法的对象所属的类（Class，而不再是由这个Class产生的某个具体对象了）。
记得在《Effective Java》一书中看到过将 Foo.class和 P1.getClass()用于作同步锁还不一样，不能用P1.getClass()来达到锁这个Class的目的。P1指的是由Foo类产生的对象。
可以推断：如果一个类中定义了一个synchronized的static函数A，也定义了一个synchronized 的instance函数B，那么这个类的同一对象Obj在多线程中分别访问A和B两个方法时，不会构成同步，因为它们的锁都不一样。A方法的锁是Obj这个对象，而B的锁是Obj所属的那个Class。
小结如下：
搞清楚synchronized锁定的是哪个对象，就能帮助我们设计更安全的多线程程序。
还有一些技巧可以让我们对共享资源的同步访问更加安全：
1．定义private 的instance变量+它的 get方法，而不要定义public/protected的instance变量。如果将变量定义为public，对象在外界可以绕过同步方法的控制而直接取得它，并改动它。这也是JavaBean的标准实现方式之一。
2．如果instance变量是一个对象，如数组或ArrayList什么的，那上述方法仍然不安全，因为当外界对象通过get方法拿到这个instance对象的引用后，又将其指向另一个对象，那么这个private变量也就变了，岂不是很危险。这个时候就需要将get方法也加上synchronized同步，并且，只返回这个private对象的clone()DD这样，调用端得到的就是对象副本的引用了。

总结一些synchronized注意事项：

• 当两个并发线程访问同一个对象中的synchronized代码块时，在同一时刻只能有一个线程得到执行，另一个线程受阻塞，必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。两个线程间是互斥的，因为在执行synchronized代码块时会锁定当前的对象，只有执行完该代码块才能释放该对象锁，下一个线程才能执行并锁定该对象。
• 当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该object中的非synchronized(this)同步代码块。(两个线程使用的是同一个对象)
• 当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，其他线程对object中所有其它synchronized(this)同步代码块的访问将被阻塞(同上，两个线程使用的是同一个对象)。