【java】同步锁与synchronized关键字的用法

在java编程中，经常需要用到同步，而用得最多的也许是synchronized关键字了。因为synchronized关键字涉及到锁的概念，所以先来了解一些相关的锁知识。

Synchronized是通过对象内部的一个叫做监视器锁（monitor）来实现的。但是监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的。而操作系统实现线程之间的切换这就需要从用户态转换到核心态，这个成本非常高，状态之间的转换需要相对比较长的时间，这就是为什么Synchronized效率低的原因。因此，这种依赖于操作系统Mutex Lock所实现的锁我们称之为“重量级锁”。JDK中对Synchronized做的种种优化，其核心都是为了减少这种重量级锁的使用。JDK1.6以后，为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗，提高性能，引入了“偏向锁”和“轻量级锁”。具体参见：java并发系列(3)——深入synchronized对象锁

java的内置锁：每个java对象都可以用做一个实现同步的锁，这些锁成为内置锁。线程进入同步代码块或方法的时候会自动获得该锁，在退出同步代码块或方法时会释放该锁。获得内置锁的唯一途径就是进入这个锁的保护的同步代码块或方法。java内置锁是一个互斥锁，这就是意味着最多只有一个线程能够获得该锁，当线程A尝试去获得线程B持有的内置锁时，线程A必须等待或者阻塞，知道线程B释放这个锁，如果B线程不释放这个锁，那么A线程将永远等待下去。

Synchronized的作用主要有三个：

1. 确保线程互斥的访问同步代码
2. 保证共享变量的修改能够及时可见
3. 有效解决重排序问题。

从语法上讲，Synchronized总共有三种用法：

1. 修饰普通方法
2. 修饰静态方法(对class的对象锁)
3. 修饰代码块

下面分别分析这两种用法在对象锁和类锁上的效果。

public class TestSynchronized 
{  
    public void test1() 
    {  
         //synchronized修饰代码块
         synchronized(this) 
         {  
              int i = 5;  
              while( i-- > 0) 
              {  
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);  
                   try 
                   {  
                        Thread.sleep(500);  
                   } 
                   catch (InterruptedException ie) 
                   {  
                   }  
              }  
         }  
    }  
    
    //synchronized修饰方法
    public synchronized void test2() 
    {  
         int i = 5;  
         while( i-- > 0) 
         {  
              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);  
              try 
              {  
                   Thread.sleep(500);  
              } 
              catch (InterruptedException ie) 
              {  
              }  
         }  
    }  
    
    public static void main(String[] args) 
    {  
         final TestSynchronized myt2 = new TestSynchronized();  
         Thread test1 = new Thread(  new Runnable() {  public void run() {  myt2.test1();  }  }, "test1"  );  
         Thread test2 = new Thread(  new Runnable() {  public void run() { myt2.test2();   }  }, "test2"  );  
         test1.start();;  
         test2.start();  
//         TestRunnable tr=new TestRunnable();
//         Thread test3=new Thread(tr);
//         test3.start();
    } 
  
}

结果如下：

test2 : 4
test2 : 3
test2 : 2
test2 : 1
test2 : 0
test1 : 4
test1 : 3
test1 : 2
test1 : 1
test1 : 0

如果我们不加对象锁，会有什么样的效果呢？

test1 : 4
test2 : 4
test2 : 3
test1 : 3
test1 : 2
test2 : 2
test2 : 1
test1 : 1
test2 : 0
test1 : 0

可以看到，结果输出是交替着进行输出的，这是因为，某个线程得到了对象锁，但是另一个线程还是可以访问没有进行同步的方法或者代码。进行了同步的方法（加锁方法）和没有进行同步的方法（普通方法）是互不影响的，一个线程进入了同步方法，得到了对象锁，其他线程还是可以访问那些没有同步的方法（普通方法）。这里涉及到内置锁的一个概念（此概念出自java并发编程实战第二章）：对象的内置锁和对象的状态之间是没有内在的关联的，虽然大多数类都将内置锁用做一种有效的加锁机制，但对象的域并不一定通过内置锁来保护。当获取到与对象关联的内置锁时，并不能阻止其他线程访问该对象，当某个线程获得对象的锁之后，只能阻止其他线程获得同一个锁。之所以每个对象都有一个内置锁，是为了免去显式地创建锁对象。

synchronized的缺陷：当某个线程进入同步方法获得对象锁，那么其他线程访问这里对象的同步方法时，必须等待或者阻塞，这对高并发的系统是致命的，这很容易导致系统的崩溃。如果某个线程在同步方法里面发生了死循环，那么它就永远不会释放这个对象锁，那么其他线程就要永远的等待。这是一个致命的问题。

当然同步方法和同步代码块都会有这样的缺陷，只要用了synchronized关键字就会有这样的风险和缺陷。既然避免不了这种缺陷，那么就应该将风险降到最低。这也是同步代码块在某种情况下要优于同步方法的方面。例如在某个类的方法里面：这个类里面声明了一个对象实例，SynObject so=new SynObject()；在某个方法里面调用了这个实例的方法so.testsy();但是调用这个方法需要进行同步，不能同时有多个线程同时执行调用这个方法。

这时如果直接用synchronized修饰调用了so.testsy();代码的方法，那么当某个线程进入了这个方法之后，这个对象其他同步方法都不能给其他线程访问了。假如这个方法需要执行的时间很长，那么其他线程会一直阻塞，影响到系统的性能。

如果这时用synchronized来修饰代码块：synchronized（so）{so.testsy();}，那么这个方法加锁的对象是so这个对象，跟执行这行代码的对象没有关系，当一个线程执行这个方法时，这对其他同步方法时没有影响的，因为他们持有的锁都完全不一样。

不过这里还有一种特例，就是上面演示的第一个例子，对象锁synchronized同时修饰方法和代码块，这时也可以体现到同步代码块的优越性，如果test1方法同步代码块后面有非常多没有同步的代码，而且有一个100000的循环，这导致test1方法会执行时间非常长，那么如果直接用synchronized修饰方法，那么在方法没执行完之前，其他线程是不可以访问test2方法的，但是如果用了同步代码块，那么当退出代码块时就已经释放了对象锁，当线程还在执行test1的那个100000的循环时，其他线程就已经可以访问test2方法了。这就让阻塞的机会或者线程更少。让系统的性能更优越。

一个类的对象锁和另一个类的对象锁是没有关联的，当一个线程获得A类的对象锁时，它同时也可以获得B类的对象锁。