java多线程编程synchronized关键字
1. synchronized原理
在java中，每一个对象有且仅有一个同步锁。这也意味着，同步锁是依赖于对象而存在。
当我们调用某对象的synchronized方法时，就获取了该对象的同步锁。例如，synchronized(obj)就获取了“obj这个对象”的同步锁。
不同线程对同步锁的访问是互斥的。也就是说，某时间点，对象的同步锁只能被一个线程获取到！通过同步锁，我们就能在多线程中，实现对“对象/方法”的互斥访问。 例如，现在有两个线程A和线程B，它们都会访问“对象obj的同步锁”。假设，在某一时刻，线程A获取到“obj的同步锁”并在执行一些操作；而此时，线程B也企图获取“obj的同步锁” —— 线程B会获取失败，它必须等待，直到线程A释放了“该对象的同步锁”之后线程B才能获取到“obj的同步锁”从而才可以运行。
2. synchronized基本规则
我们将synchronized的基本规则总结为下面3条，并通过实例对它们进行说明。
第一条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程对“该对象”的该“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
第二条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程仍然可以访问“该对象”的非同步代码块。
第三条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程对“该对象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
第一条
当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程对“该对象”的该“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
下面是“synchronized代码块”对应的演示程序。
-
1
class MyRunable implements Runnable {
-
2
-
3
@Override
-
4
public void run() {
-
5
synchronized(
this) {
-
6
try {
-
7
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
8 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
” loop “ + i);
-
10 }
-
11 }
catch (InterruptedException ie) {
-
12 }
-
13 }
-
14 }
-
15 }
-
16
-
17
public
class Demo1_1 {
-
18
-
19
public static void main(String[] args) {
-
20 Runnable demo =
new MyRunable();
// 新建“Runnable对象”
-
21
-
22 Thread t1 =
new Thread(demo,
“t1”);
// 新建“线程t1”, t1是基于demo这个Runnable对象
-
23 Thread t2 =
new Thread(demo,
“t2”);
// 新建“线程t2”, t2是基于demo这个Runnable对象
-
24 t1.start();
// 启动“线程t1”
-
25 t2.start();
// 启动“线程t2”
-
26 }
-
27 }
运行结果：
t1 loop 0 t1 loop 1 t1 loop 2 t1 loop 3 t1 loop 4 t2 loop 0 t2 loop 1 t2 loop 2 t2 loop 3 t2 loop 4
结果说明：
run()方法中存在“synchronized(this)代码块”，而且t1和t2都是基于”demo这个Runnable对象”创建的线程。这就意味着，我们可以将synchronized(this)中的this看作是“demo这个Runnable对象”；因此，线程t1和t2共享“demo对象的同步锁”。所以，当一个线程运行的时候，另外一个线程必须等待“运行线程”释放“demo的同步锁”之后才能运行。
如果你确认，你搞清楚这个问题了。那我们将上面的代码进行修改，然后再运行看看结果怎么样，看看你是否会迷糊。修改后的源码如下：
-
1
class MyThread extends Thread {
-
2
-
3
public MyThread(String name) {
-
4
super(name);
-
5 }
-
6
-
7
@Override
-
8
public void run() {
-
9
synchronized(
this) {
-
10
try {
-
11
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
12 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
13 System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" loop " + i);
-
14 }
-
15 }
catch (InterruptedException ie) {
-
16 }
-
17 }
-
18 }
-
19 }
-
20
-
21
public
class Demo1_2 {
-
22
-
23
public static void main(String[] args) {
-
24 Thread t1 =
new MyThread(
"t1");
// 新建“线程t1”
-
25 Thread t2 =
new MyThread(
"t2");
// 新建“线程t2”
-
26 t1.start();
// 启动“线程t1”
-
27 t2.start();
// 启动“线程t2”
-
28 }
-
29 }
代码说明：
比较Demo1_2 和 Demo1_1，我们发现，Demo1_2中的MyThread类是直接继承于Thread，而且t1和t2都是MyThread子线程。
幸运的是，在“Demo1_2的run()方法”也调用了synchronized(this)，正如“Demo1_1的run()方法”也调用了synchronized(this)一样！
那么，Demo1_2的执行流程是不是和Demo1_1一样呢？
运行结果：
t1 loop 0
t2 loop 0
t1 loop 1
t2 loop 1
t1 loop 2
t2 loop 2
t1 loop 3
t2 loop 3
t1 loop 4
t2 loop 4
结果说明：
如果这个结果一点也不令你感到惊讶，那么我相信你对synchronized和this的认识已经比较深刻了。否则的话，请继续阅读这里的分析。
synchronized(this)中的this是指“当前的类对象”，即synchronized(this)所在的类对应的当前对象。它的作用是获取“当前对象的同步锁”。
对于Demo1_2中，synchronized(this)中的this代表的是MyThread对象，而t1和t2是两个不同的MyThread对象，因此t1和t2在执行synchronized(this)时，获取的是不同对象的同步锁。对于Demo1_1对而言，synchronized(this)中的this代表的是MyRunable对象；t1和t2共同一个MyRunable对象，因此，一个线程获取了对象的同步锁，会造成另外一个线程等待。
第二条
当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程仍然可以访问“该对象”的非同步代码块。
下面是“synchronized代码块”对应的演示程序。
-
-
-
-
1
class Count {
-
2
-
3
// 含有synchronized同步块的方法
-
4
public void synMethod() {
-
5
synchronized(
this) {
-
6
try {
-
7
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
8 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" synMethod loop " + i);
-
10 }
-
11 }
catch (InterruptedException ie) {
-
12 }
-
13 }
-
14 }
-
15
-
16
// 非同步的方法
-
17
public void nonSynMethod() {
-
18
try {
-
19
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
20 Thread.sleep(
100);
-
21 System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" nonSynMethod loop " + i);
-
22 }
-
23 }
catch (InterruptedException ie) {
-
24 }
-
25 }
-
26 }
-
27
-
28
public
class Demo2 {
-
29
-
30
public static void main(String[] args) {
-
31
final Count count =
new Count();
-
32
// 新建t1, t1会调用“count对象”的synMethod()方法
-
33 Thread t1 =
new Thread(
-
34
new Runnable() {
-
35
@Override
-
36
public void run() {
-
37 count.synMethod();
-
38 }
-
39 },
"t1");
-
40
-
41
// 新建t2, t2会调用“count对象”的nonSynMethod()方法
-
42 Thread t2 =
new Thread(
-
43
new Runnable() {
-
44
@Override
-
45
public void run() {
-
46 count.nonSynMethod();
-
47 }
-
48 },
"t2");
-
49
-
50
-
51 t1.start();
// 启动t1
-
52 t2.start();
// 启动t2
-
53 }
-
54 }
运行结果：
t1 synMethod loop 0 t2 nonSynMethod loop 0 t1 synMethod loop 1 t2 nonSynMethod loop 1 t1 synMethod loop 2 t2 nonSynMethod loop 2 t1 synMethod loop 3 t2 nonSynMethod loop 3 t1 synMethod loop 4 t2 nonSynMethod loop 4
结果说明：
主线程中新建了两个子线程t1和t2。t1会调用count对象的synMethod()方法，该方法内含有同步块；而t2则会调用count对象的nonSynMethod()方法，该方法不是同步方法。t1运行时，虽然调用synchronized(this)获取“count的同步锁”；但是并没有造成t2的阻塞，因为t2没有用到“count”同步锁。
第三条
当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程对“该对象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
我们将上面的例子中的nonSynMethod()方法体的也用synchronized(this)修饰。修改后的源码如下：
-
1
class Count {
-
2
-
3
// 含有synchronized同步块的方法
-
4
public void synMethod() {
-
5
synchronized(
this) {
-
6
try {
-
7
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
8 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" synMethod loop " + i);
-
10 }
-
11 }
catch (InterruptedException ie) {
-
12 }
-
13 }
-
14 }
-
15
-
16
// 也包含synchronized同步块的方法
-
17
public void nonSynMethod() {
-
18
synchronized(
this) {
-
19
try {
-
20
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
21 Thread.sleep(
100);
-
22 System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" nonSynMethod loop " + i);
-
23 }
-
24 }
catch (InterruptedException ie) {
-
25 }
-
26 }
-
27 }
-
28 }
-
29
-
30
public
class Demo3 {
-
31
-
32
public static void main(String[] args) {
-
33
final Count count =
new Count();
-
34
// 新建t1, t1会调用“count对象”的synMethod()方法
-
35 Thread t1 =
new Thread(
-
36
new Runnable() {
-
37
@Override
-
38
public void run() {
-
39 count.synMethod();
-
40 }
-
41 },
"t1");
-
42
-
43
// 新建t2, t2会调用“count对象”的nonSynMethod()方法
-
44 Thread t2 =
new Thread(
-
45
new Runnable() {
-
46
@Override
-
47
public void run() {
-
48 count.nonSynMethod();
-
49 }
-
50 },
"t2");
-
51
-
52
-
53 t1.start();
// 启动t1
-
54 t2.start();
// 启动t2
-
55 }
-
56 }
运行结果：
t1 synMethod loop 0 t1 synMethod loop 1 t1 synMethod loop 2 t1 synMethod loop 3 t1 synMethod loop 4 t2 nonSynMethod loop 0 t2 nonSynMethod loop 1 t2 nonSynMethod loop 2 t2 nonSynMethod loop 3 t2 nonSynMethod loop 4
结果说明：
主线程中新建了两个子线程t1和t2。t1和t2运行时都调用synchronized(this)，这个this是Count对象(count)，而t1和t2共用count。因此，在t1运行时，t2会被阻塞，等待t1运行释放“count对象的同步锁”，t2才能运行。
3. synchronized方法 和 synchronized代码块
“synchronized方法”是用synchronized修饰方法，而 “synchronized代码块”则是用synchronized修饰代码块。
synchronized方法示例
public synchronized void foo1() {
System.out.println("synchronized methoed");
}
synchronized代码块
public void foo2() {
synchronized (this) {
System.out.println("synchronized methoed");
}
}
synchronized代码块中的this是指当前对象。也可以将this替换成其他对象，例如将this替换成obj，则foo2()在执行synchronized(obj)时就获取的是obj的同步锁。
synchronized代码块可以更精确的控制冲突限制访问区域，有时候表现更高效率。下面通过一个示例来演示：
-
1
// Demo4.java的源码
-
2
public
class Demo4 {
-
3
-
4
public synchronized void synMethod() {
-
5
for(
int i=
0; i<
1000000; i++)
-
6 ;
-
7 }
-
8
-
9
public void synBlock() {
-
10
synchronized(
this ) {
-
11
for(
int i=
0; i<
1000000; i++)
-
12 ;
-
13 }
-
14 }
-
15
-
16
public static void main(String[] args) {
-
17 Demo4 demo =
new Demo4();
-
18
-
19
long start, diff;
-
20 start = System.currentTimeMillis();
// 获取当前时间(millis)
-
21 demo.synMethod();
// 调用“synchronized方法”
-
22 diff = System.currentTimeMillis() - start;
// 获取“时间差值”
-
23 System.out.println(
"synMethod() : "+ diff);
-
24
-
25 start = System.currentTimeMillis();
// 获取当前时间(millis)
-
26 demo.synBlock();
// 调用“synchronized方法块”
-
27 diff = System.currentTimeMillis() - start;
// 获取“时间差值”
-
28 System.out.println(
"synBlock() : "+ diff);
-
29 }
-
30 }
(某一次)执行结果：
synMethod() : 11 synBlock() : 3
4. 实例锁 和 全局锁
实例锁 – 锁在某一个实例对象上。如果该类是单例，那么该锁也具有全局锁的概念。
实例锁对应的就是synchronized关键字。
全局锁 – 该锁针对的是类，无论实例多少个对象，那么线程都共享该锁。
全局锁对应的就是static synchronized（或者是锁在该类的class或者classloader对象上）。
关于“实例锁”和“全局锁”有一个很形象的例子：
pulbic class Something {
public synchronized void isSyncA(){}
public synchronized void isSyncB(){}
public static synchronized void cSyncA(){}
public static synchronized void cSyncB(){}
}
假设，Something有两个实例x和y。分析下面4组表达式获取的锁的情况。
(01) x.isSyncA()与x.isSyncB()
(02) x.isSyncA()与y.isSyncA()
(03) x.cSyncA()与y.cSyncB()
(04) x.isSyncA()与Something.cSyncA()
(01) 不能被同时访问。因为isSyncA()和isSyncB()都是访问同一个对象(对象x)的同步锁！
-
// LockTest1.java的源码
-
class Something {
-
3
public synchronized void isSyncA(){
-
4
try {
-
5
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
6 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
7 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : isSyncA");
-
8 }
-
9 }
catch (InterruptedException ie) {
-
10 }
-
11 }
-
12
public synchronized void isSyncB(){
-
13
try {
-
14
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
15 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
16 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : isSyncB");
-
17 }
-
18 }
catch (InterruptedException ie) {
-
19 }
-
20 }
-
21 }
-
22
-
23
public
class LockTest1 {
-
24
-
25 Something x =
new Something();
-
26 Something y =
new Something();
-
27
-
28
// 比较(01) x.isSyncA()与x.isSyncB()
-
29
private void test1() {
-
30
// 新建t11, t11会调用 x.isSyncA()
-
31 Thread t11 =
new Thread(
-
32
new Runnable() {
-
33
@Override
-
34
public void run() {
-
35 x.isSyncA();
-
36 }
-
37 },
"t11");
-
38
-
39
// 新建t12, t12会调用 x.isSyncB()
-
40 Thread t12 =
new Thread(
-
41
new Runnable() {
-
42
@Override
-
43
public void run() {
-
44 x.isSyncB();
-
45 }
-
46 },
"t12");
-
47
-
48
-
49 t11.start();
// 启动t11
-
50 t12.start();
// 启动t12
-
51 }
-
52
-
53
public static void main(String[] args) {
-
54 LockTest1 demo =
new LockTest1();
-
55 demo.test1();
-
56 }
-
57 }
运行结果：
t11 : isSyncA t11 : isSyncA t11 : isSyncA t11 : isSyncA t11 : isSyncA t12 : isSyncB t12 : isSyncB t12 : isSyncB t12 : isSyncB t12 : isSyncB
(02) 可以同时被访问。因为访问的不是同一个对象的同步锁，x.isSyncA()访问的是x的同步锁，而y.isSyncA()访问的是y的同步锁。
-
1
// LockTest2.java的源码
-
2
class Something {
-
3
public synchronized void isSyncA(){
-
4
try {
-
5
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
6 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
7 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : isSyncA");
-
8 }
-
9 }
catch (InterruptedException ie) {
-
10 }
-
11 }
-
12
public synchronized void isSyncB(){
-
13
try {
-
14
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
15 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
16 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : isSyncB");
-
17 }
-
18 }
catch (InterruptedException ie) {
-
19 }
-
20 }
-
21
public static synchronized void cSyncA(){
-
22
try {
-
23
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
24 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
25 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : cSyncA");
-
26 }
-
27 }
catch (InterruptedException ie) {
-
28 }
-
29 }
-
30
public static synchronized void cSyncB(){
-
31
try {
-
32
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
33 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
34 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : cSyncB");
-
35 }
-
36 }
catch (InterruptedException ie) {
-
37 }
-
38 }
-
39 }
-
40
-
41
public
class LockTest2 {
-
42
-
43 Something x =
new Something();
-
44 Something y =
new Something();
-
45
-
46
// 比较(02) x.isSyncA()与y.isSyncA()
-
47
private void test2() {
-
48
// 新建t21, t21会调用 x.isSyncA()
-
49 Thread t21 =
new Thread(
-
50
new Runnable() {
-
51
@Override
-
52
public void run() {
-
53 x.isSyncA();
-
54 }
-
55 },
"t21");
-
56
-
57
// 新建t22, t22会调用 x.isSyncB()
-
58 Thread t22 =
new Thread(
-
59
new Runnable() {
-
60
@Override
-
61
public void run() {
-
62 y.isSyncA();
-
63 }
-
64 },
"t22");
-
65
-
66
-
67 t21.start();
// 启动t21
-
68 t22.start();
// 启动t22
-
69 }
-
70
-
71
public static void main(String[] args) {
-
72 LockTest2 demo =
new LockTest2();
-
73
-
74 demo.test2();
-
75 }
-
76 }
运行结果：
t21 : isSyncA t22 : isSyncA t21 : isSyncA t22 : isSyncA t21 : isSyncA t22 : isSyncA t21 : isSyncA t22 : isSyncA t21 : isSyncA t22 : isSyncA
(03) 不能被同时访问。因为cSyncA()和cSyncB()都是static类型，x.cSyncA()相当于Something.isSyncA()，y.cSyncB()相当于Something.isSyncB()，因此它们共用一个同步锁，不能被同时反问。
-
1
// LockTest3.java的源码
-
2
class Something {
-
3
public synchronized void isSyncA(){
-
4
try {
-
5
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
6 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
7 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : isSyncA");
-
8 }
-
9 }
catch (InterruptedException ie) {
-
10 }
-
11 }
-
12
public synchronized void isSyncB(){
-
13
try {
-
14
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
15 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
16 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : isSyncB");
-
17 }
-
18 }
catch (InterruptedException ie) {
-
19 }
-
20 }
-
21
public static synchronized void cSyncA(){
-
22
try {
-
23
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
24 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
25 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : cSyncA");
-
26 }
-
27 }
catch (InterruptedException ie) {
-
28 }
-
29 }
-
30
public static synchronized void cSyncB(){
-
31
try {
-
32
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
33 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
34 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : cSyncB");
-
35 }
-
36 }
catch (InterruptedException ie) {
-
37 }
-
38 }
-
39 }
-
40
-
41
public
class LockTest3 {
-
42
-
43 Something x =
new Something();
-
44 Something y =
new Something();
-
45
-
46
// 比较(03) x.cSyncA()与y.cSyncB()
-
47
private void test3() {
-
48
// 新建t31, t31会调用 x.isSyncA()
-
49 Thread t31 =
new Thread(
-
50
new Runnable() {
-
51
@Override
-
52
public void run() {
-
53 x.cSyncA();
-
54 }
-
55 },
"t31");
-
56
-
57
// 新建t32, t32会调用 x.isSyncB()
-
58 Thread t32 =
new Thread(
-
59
new Runnable() {
-
60
@Override
-
61
public void run() {
-
62 y.cSyncB();
-
63 }
-
64 },
"t32");
-
65
-
66
-
67 t31.start();
// 启动t31
-
68 t32.start();
// 启动t32
-
69 }
-
70
-
71
public static void main(String[] args) {
-
72 LockTest3 demo =
new LockTest3();
-
73
-
74 demo.test3();
-
75 }
-
76 }
运行结果：
t31 : cSyncA t31 : cSyncA t31 : cSyncA t31 : cSyncA t31 : cSyncA t32 : cSyncB t32 : cSyncB t32 : cSyncB t32 : cSyncB t32 : cSyncB
(04) 可以被同时访问。因为isSyncA()是实例方法，x.isSyncA()使用的是对象x的锁；而cSyncA()是静态方法，Something.cSyncA()可以理解对使用的是“类的锁”。因此，它们是可以被同时访问的。
-
1
// LockTest4.java的源码
-
2
class Something {
-
3
public synchronized void isSyncA(){
-
4
try {
-
5
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
6 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
7 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : isSyncA");
-
8 }
-
9 }
catch (InterruptedException ie) {
-
10 }
-
11 }
-
12
public synchronized void isSyncB(){
-
13
try {
-
14
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
15 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
16 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : isSyncB");
-
17 }
-
18 }
catch (InterruptedException ie) {
-
19 }
-
20 }
-
21
public static synchronized void cSyncA(){
-
22
try {
-
23
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
24 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
25 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : cSyncA");
-
26 }
-
27 }
catch (InterruptedException ie) {
-
28 }
-
29 }
-
30
public static synchronized void cSyncB(){
-
31
try {
-
32
for (
int i =
0; i <
5; i++) {
-
33 Thread.sleep(
100);
// 休眠100ms
-
34 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
" : cSyncB");
-
35 }
-
36 }
catch (InterruptedException ie) {
-
37 }
-
38 }
-
39 }
-
40
-
41
public
class LockTest4 {
-
42
-
43 Something x =
new Something();
-
44 Something y =
new Something();
-
45
-
46
// 比较(04) x.isSyncA()与Something.cSyncA()
-
47
private void test4() {
-
48
// 新建t41, t41会调用 x.isSyncA()
-
49 Thread t41 =
new Thread(
-
50
new Runnable() {
-
51
@Override
-
52
public void run() {
-
53 x.isSyncA();
-
54 }
-
55 },
"t41");
-
56
-
57
// 新建t42, t42会调用 x.isSyncB()
-
58 Thread t42 =
new Thread(
-
59
new Runnable() {
-
60
@Override
-
61
public void run() {
-
62 Something.cSyncA();
-
63 }
-
64 },
"t42");
-
65
-
66
-
67 t41.start();
// 启动t41
-
68 t42.start();
// 启动t42
-
69 }
-
70
-
71
public static void main(String[] args) {
-
72 LockTest4 demo =
new LockTest4();
-
73
-
74 demo.test4();
-
75 }
-
76 }
运行结果：
t41 : isSyncA t42 : cSyncA t41 : isSyncA t42 : cSyncA t41 : isSyncA t42 : cSyncA t41 : isSyncA t42 : cSyncA t41 : isSyncA t42 : cSyncA