Java多线程——synchronized使用详解

一前言

Java多线程是面试必考的知识点，哈哈，说的有点太绝对了，题外话不说那么多了，今天我们就来了解一下Java多线程中的synchronized。

synchronized相信大家都看过或者用过，synchronized是Java中的关键字，synchronized可以保证方法或者代码块在运行时，同一时刻只有一个方法可以进入到临界区，同时它还可以保证共享变量的内存可见性，Java中每一个对象都可以作为锁，这是synchronized实现同步的基础。

它修饰的对象有以下几种：
1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象；
2. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象；
3. 修饰一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象；
4. 修饰一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象。

二 synchronized 使用

1. synchronized修饰代码块

修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象。

1.1 多个线程访问同一对象的同步代码块

一个线程访问一个对象中的synchronized(this)同步代码块时，其它线程试图访问该对象的线程将被阻塞。
例子走起：

/**
 * Desc: 线程代码块同步
 * @author: zhangqilu
 */
public class ThreadSyn implements Runnable{
    private  volatile static int count = 0;
    @Override
    public void run() {
        synchronized(this) {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

调用ThreadSyn

        ThreadSyn threadSynOne = new ThreadSyn();
        Thread thread1 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynOne");
        Thread thread2 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynTwo");
        thread1.start();
        thread2.start();

输出结果如下：

com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:0
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:1
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:2
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:3
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:4
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:5
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:6
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:7
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:8
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:9

结论：当两个并发线程(thread1和thread2)访问同一个对象（这个很重要）(ThreadSyn)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。Thread1和thread2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，一个对象就一个锁。

1.2 多个线程访问不同对象的同步代码块

代码简单修改一下，

        ThreadSyn threadSynOne = new ThreadSyn();
        ThreadSyn threadSynTwo = new ThreadSyn();
        Thread thread1 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynOne");
        Thread thread2 = new Thread(threadSynTwo,"ThreadSynTwo");
        thread1.start();
        thread2.start();

结果如下：

com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:0
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:1
com.example.same.androidinterview I/HwPointEventFilter: do not 
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:2
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:3
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:4
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:4
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:5
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:6
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:7
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:7

不是说一个线程执行synchronized代码块时其它的线程受阻塞吗？为什么上面的例子中thread1和thread2同时在执行。这是因为synchronized只锁定对象，每个对象只有一个锁（lock）与之相关联。
这时创建了两个ThreadSyn的对象threadSynOne和threadSynTwo，线程thread1执行的是threadSynOne对象中的synchronized代码，而线程thread2执行的是threadSynTwo对象中的synchronized代码。我们知道synchronized锁定的是对象，这时会有两把锁分别锁定threadSynOne对象和threadSynTwo对象，而这两把锁是互不干扰的，不形成互斥，所以两个线程可以同时执行。

扫描二维码关注公众号，回复： 4044282 查看本文章

结论:
当多个并发线程(thread1和thread2)访问同一个对象（这个很重要）(ThreadSyn)中的synchronized代码块时，在同一时刻只能有一个线程得到执行，其他线程受阻塞，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。
当多个线程访问 不同对象 的同步代码块，线程访问各自同步代码块，线程不会阻塞，互不干扰。

1.3 多个线程访问synchronized和非synchronized代码块

一个线程访问对象的同步代码块，另一个线程可以访问该对象的非同步代码。

将 ThreadSyn代码做稍微的修改

public class ThreadSyn implements Runnable {
    private volatile static int count = 0;
    @Override
    public void run() {

        String threadName = Thread.currentThread().getName();

        if(threadName.equals("ThreadSynOne")){
            synchronized (this) {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    try {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count :" + (count++));
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }else if(threadName.equals("ThreadSynTwo")){
            for (int j = 0; j < 5; j++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " j :" +j);
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

调用代码：

        ThreadSyn threadSynOne = new ThreadSyn();
        Thread thread1 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynOne");
        Thread thread2 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynTwo");
        thread1.start();
        thread2.start();

输出结果如下：

com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne count :0
/com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo j :0
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo j :1
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne count :1
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo j :2
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne count :2
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo j :3
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne count :3
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo j :4
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne count :4

结论：上面代码中线程名字为ThreadSynOne会执行一个synchronized的同步代码块，线程名字为ThreadSynTwo会执行非synchronized的代码块。从上面的结果中可以看出一个线程访问一个对象的synchronized代码块时，别的线程可以访问该对象的非synchronized代码块而不受阻塞。

1.3 指定要给某个对象加锁

当有一个明确的对象作为锁时，就可以用类似下面这样的方式写程序。

public void method3(SomeObject obj)
{
   //obj 锁定的对象
   synchronized(obj)
   {
      // todo
   }
}

我们用synchronized 给obj对象加了锁。这时，当一个线程访问obj对象时，其他试图访问obj对象的线程将会阻塞，直到该线程访问obj对象结束。也就是说谁拿到那个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。

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对象来充当锁：

class Test implements Runnable
{
   private byte[] lock = new byte[0];  // 特殊的instance变量
   public void method()
   {
      synchronized(lock) {
         // todo 同步代码块
      }
   }

   public void run() {

   }
}

说明：零长度的byte数组对象创建起来将比任何对象都经济――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。

2 synchronized修饰一个方法

Synchronized修饰一个方法很简单，就是在方法的前面加synchronized。

public synchronized void method(){
    //todo
};

synchronized修饰方法和修饰一个代码块类似，只是作用范围不一样，修饰代码块是大括号括起来的范围，而修饰方法范围是整个函数。如将上面demo中的run方法改成如下的方式，实现的效果一样。

/**
 * Desc: 线程代码块同步
 * @author: zhangqilu
 */
public class ThreadSyn implements Runnable{
    private  volatile static int count = 0;
    //  在run 方法前面加了synchronized
    @Override
    public synchronized void run() {
        synchronized(this) {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

Synchronized作用于整个方法的写法。
写法一：

public synchronized void method()
{
   // todo
}

写法二：

public void method()
{
   synchronized(this) {
      // todo
   }
}

写法一修饰的是一个方法，写法二修饰的是一个代码块，但写法一与写法二是等价的，都是锁定了整个方法时的内容。

在用synchronized修饰方法时要注意以下几点：
1. synchronized关键字不能继承。
虽然可以使用synchronized来定义方法，但synchronized并不属于方法定义的一部分，因此，synchronized关键字不能被继承。如果在父类中的某个方法使用了synchronized关键字，而在子类中覆盖了这个方法，在子类中的这个方法默认情况下并不是同步的，而必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized关键字才可以。当然，还可以在子类方法中调用父类中相应的方法，这样虽然子类中的方法不是同步的，但子类调用了父类的同步方法，因此，子类的方法也就相当于同步了。这两种方式的例子代码如下：
在子类方法中加上synchronized关键字

class Parent {
   public synchronized void method() { }
}
class Child extends Parent {
   public synchronized void method() { }
}

在子类方法中调用父类的同步方法

class Parent {
   public synchronized void method() {   }
}
class Child extends Parent {
   public void method() { super.method();   }
}

注意事项：
1. 在定义接口方法时不能使用synchronized关键字。
2. 构造方法不能使用synchronized关键字，但可以使用synchronized代码块来进行同步。

synchronized方法的缺陷：
同步方法，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.同步方法实质是将synchronized作用于object reference。线程拿到了P1对象锁，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。

若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率，典型地，若将线程类的方法 run() 声明为 synchronized ，由于在线程的整个生命期内它一直在运行，因此将导致它对本类任何 synchronized 方法的调用都永远不会成功。当然我们可以通过将访问类成员变量的代码放到专门的方法中，将其声明为 synchronized ，并在主方法中调用来解决这一问题，但是 Java 为我们提供了更好的解决办法，那就是 synchronized代码块（上面已经说了）。

3. synchronized修饰一个静态的方法

Synchronized也可修饰一个静态方法，用法如下：

public synchronized static void method() {
   // todo
}

静态方法是属于类的而不属于对象的。同样的，synchronized修饰的静态方法锁定的是这个类的所有对象。我们上面代码进行一些修改如下：

public class ThreadSyn implements Runnable {
    private volatile static int count = 0;
    @Override
    public void run() {
        method();
    }

    public synchronized static void method() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count :" + (count++));
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
 }

调用ThreadSyn

        ThreadSyn threadSynOne = new ThreadSyn();
        Thread thread1 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynOne");
        Thread thread2 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynTwo");
        thread1.start();
        thread2.start();

输出结果如下：

com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:0
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:1
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:2
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:3
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:4
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:5
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:6
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:7
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:8
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:9

threadSynOne和threadSynTwo是SyncThread的两个对象，但在thread1和thread2并发执行时却保持了线程同步。这是因为run中调用了静态方法method，而静态方法是属于类的，所以threadSynOne和threadSynTwo相当于用了同一把锁。

总结：synchronized作用的对象是一个静态方法，则它取得的是类的锁，该类所有的对象同一把锁，所有会阻塞。

4.synchronized作用于一个类

synchronized还可作用于一个类，用法如下：

class ClassName {
   public void method() {
      synchronized(ClassName.class) {
         // todo
      }
   }
}

修改上面代码

public  class  ThreadSyn implements Runnable {
    private volatile static int count = 0;
    @Override
    public void run() {
        method();
    }

    public  static void method() {
        synchronized (ThreadSyn.class) {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count :" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
  }

调用ThreadSyn

        ThreadSyn threadSynOne = new ThreadSyn();
        Thread thread1 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynOne");
        Thread thread2 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynTwo");
        thread1.start();
        thread2.start();

输出结果如下：

com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:0
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:1
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:2
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:3
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:4
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:5
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:6
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:7
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:8
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:9

结论：synchronized作用于一个类时，是给这个类加锁，这个类的所有对象用的是同一把锁。

三总结

无论synchronized关键字加在方法上还是对象上，如果它作用的对象是非静态的，则它取得的锁是对象；如果synchronized作用的对象是一个静态方法或一个类，则它取得的锁是对类，该类所有的对象同一把锁。
每个对象只有一个锁（lock）与之相关联，谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。
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。