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Java关键字 -- synchronized

JAVA 对象线程执行代码

2023-03-02 10:32:41 时间

# 一、介绍 #

synchronized是Java语言的关键字，可用来给对象和方法或者代码块加锁，当它锁定一个方法或者一个代码块的时候，同一时刻最多只有一个线程执行这段代码。

当两个并发线程访问同一个对象object中的这个加锁同步代码块时，一个时间内只能有一个线程得到执行。另一个线程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。然而，当一个线程访问object的一个加锁代码块时，另一个线程仍可以访问该object中的非加锁代码块。

# 二、用法 #

synchronized修饰的对象有以下几种：

1.  修饰代码块
2.  修饰方法
3.  修饰静态方法
4.  修饰类

# 三、用法 #

## 3.1 修饰代码块 ##

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。

### 3.2.1 情况一 ###

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

运行结果如下：

synchronized 修饰代码块
    线程名: 线程1:0
    线程名: 线程1:1
    线程名: 线程1:2
    线程名: 线程1:3
    线程名: 线程1:4
    线程名: 线程2:5
    线程名: 线程2:6
    线程名: 线程2:7
    线程名: 线程2:8
    线程名: 线程2:9

不使用synchronized关键字运行结果：

@Override
    	public void run() { 
    		// TODO Auto-generated method stub
    		/** * 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。 * */
    		//synchronized (this) { 
    			for (int i = 0; i < 5; i++) { 
    				try { 
    					System.out.println("线程名: " + Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
    					Thread.sleep(100);
    				} catch (InterruptedException e) { 
    					// TODO Auto-generated catch block
    					e.printStackTrace();
    				}
    			}
    		//}
    	}

打印如下：

synchronized 修饰代码块
    线程名: 线程1:1
    线程名: 线程2:0
    线程名: 线程1:2
    线程名: 线程2:3
    线程名: 线程1:4
    线程名: 线程2:5
    线程名: 线程1:6
    线程名: 线程2:7
    线程名: 线程1:8
    线程名: 线程2:9

当两个并发线程(th1和th2)访问同一个对象(st)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。

th1和th2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。

我们再稍微改一下main函数中的new Thread()，代码如下：

public class Sync1 { 
    
    	public static void main(String[] args) { 
    		// TODO Auto-generated method stub
    		System.out.println("synchronized 修饰代码块");
    		
    		SyncThread st = new SyncThread();
    		//Thread th1 = new Thread(st, "线程1");
    		//Thread th2 = new Thread(st, "线程2");
    		Thread th1 = new Thread(new SyncThread(), "线程1");
    		Thread th2 = new Thread(new SyncThread(), "线程2");
    		
    		th1.start();
    		th2.start();
    	}
    
    }

运行结果如下：

synchronized 修饰代码块
    线程名: 线程1:1
    线程名: 线程2:0
    线程名: 线程1:2
    线程名: 线程2:3
    线程名: 线程1:4
    线程名: 线程2:5
    线程名: 线程1:6
    线程名: 线程2:7
    线程名: 线程2:9
    线程名: 线程1:8

为什么上面的例子中th1和th2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，而上面的代码等同于下面这段代码：

public class Sync1 { 
    
    	public static void main(String[] args) { 
    		// TODO Auto-generated method stub
    		System.out.println("synchronized 修饰代码块");
    		
    		SyncThread st1 = new SyncThread();
    		SyncThread st2 = new SyncThread();
    		//Thread th1 = new Thread(st, "线程1");
    		//Thread th2 = new Thread(st, "线程2");
    		Thread th1 = new Thread(st1, "线程1");
    		Thread th2 = new Thread(st2, "线程2");
    		
    		th1.start();
    		th2.start();
    	}
    
    }

这时创建了两个SyncThread的对象st1和st2，线程th1执行的是st1对象中的synchronized代码(run)，而线程th2执行的是st2对象中的synchronized代码(run)；我们知道synchronized锁定的是对象，这时会有两把锁分别锁定st1对象和st2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。

### 3.2.2 情况二 ###

当一个线程访问对象的一个synchronized(this)同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该对象中的非synchronized(this)同步代码块。

代码如下：

package com.test.sync1;
    
    public class Sync1 { 
    
    	public static void main(String[] args) { 
    		// TODO Auto-generated method stub
    		System.out.println("synchronized 修饰代码块");
    		
    		SyncThread st = new SyncThread();
    
    		Thread th1 = new Thread(st, "线程1");
    		Thread th2 = new Thread(st, "线程2");
    		
    		th1.start();
    		th2.start();
    	}
    
    }
    
    class SyncThread implements Runnable { 
    	
    	private static int count = 0;
    	
    	public SyncThread() { 
    		// TODO Auto-generated constructor stub
    		count = 0;
    	}
    	
    	public void add() { 
    		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();
                    }
                }			
    		}
    	}
    	
    	// 非synchronized代码块，未对count进行读写操作，所以可以不用synchronized
        public void printCount() { 
            for (int i = 0; i < 5; i ++) { 
                try { 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count:" + count);
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    	@Override
    	public void run() { 
    		// TODO Auto-generated method stub
            String threadName = Thread.currentThread().getName();
            if (threadName.equals("线程1")) { 
                add();
            } else if (threadName.equals("线程2")) { 
                printCount();
            } 
    	}
    	
    }

运行结果：

synchronized 修饰代码块
    线程1:0
    线程2 count:0
    线程1:1
    线程2 count:2
    线程1:2
    线程2 count:3
    线程1:3
    线程2 count:4
    线程1:4
    线程2 count:5

上面代码中add是一个synchronized的，printCount是非synchronized的。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。

## 3.2 修饰方法 ##

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。

synchronized修饰一个方法很简单，就是在方法的前面加synchronized，public synchronized void method()\{\}; 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。

如将的run方法改成如下的方式，实现的效果一样:

@Override
    	public synchronized void run() { 
    		// TODO Auto-generated method stub
    		for (int i = 0; i < 5; i++) { 
    			try { 
    				System.out.println("线程名: " + Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
    				Thread.sleep(100);
    			} catch (InterruptedException e) { 
    				// TODO Auto-generated catch block
    				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) { 
          
       }
    }

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();   }
    }

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

## 3.3 修饰静态方法 ##

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。

用法如下：

public synchronized static void method() { 
       
    }

我们知道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。

package com.test.sync1;
    
    public class Sync1 { 
    
    	public static void main(String[] args) { 
    		// TODO Auto-generated method stub
    		System.out.println("synchronized 修饰静态方法");
    		
    		SyncThread st1 = new SyncThread();
    		SyncThread st2 = new SyncThread();
    
    		Thread th1 = new Thread(st1, "线程1");
    		Thread th2 = new Thread(st2, "线程2");
    		
    		th1.start();
    		th2.start();
    	}
    
    }
    
    class SyncThread implements Runnable { 
    	
    	private static int count = 0;
    	
    	public SyncThread() { 
    		// TODO Auto-generated constructor stub
    		count = 0;
    	}
    
        public synchronized static void method() { 
            for (int i = 0; i < 5; i ++) { 
                try { 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        
    	@Override
    	public void run() { 
    		// TODO Auto-generated method stub
    		method();
    	}
    	
    }

synchronized 修饰静态法
    线程1:0
    线程1:1
    线程1:2
    线程1:3
    线程1:4
    线程2:5
    线程2:6
    线程2:7
    线程2:8
    线程2:9

st1和st2是SyncThread的两个对象，但在th1和th2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st1和st2相当于用了同一把锁。这与使用关键字synchronized运行结果相同。

## 3.4 修饰类 ##

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。

package com.test.sync1;
    
    public class Sync1 { 
    
    	public static void main(String[] args) { 
    		// TODO Auto-generated method stub
    		System.out.println("synchronized 修饰类");
    		
    		SyncThread st1 = new SyncThread();
    		SyncThread st2 = new SyncThread();
    
    		Thread th1 = new Thread(st1, "线程1");
    		Thread th2 = new Thread(st2, "线程2");
    		
    		th1.start();
    		th2.start();
    	}
    
    }
    
    class SyncThread implements Runnable { 
    	
    	private static int count = 0;
    	
    	public SyncThread() { 
    		// TODO Auto-generated constructor stub
    		count = 0;
    	}
    
        public static void method() { 
        	// 修饰一个类
        	synchronized (SyncThread.class) { 
                for (int i = 0; i < 5; i ++) { 
                    try { 
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) { 
                        e.printStackTrace();
                    }
                }			
    		}
        }
        
    	@Override
    	public synchronized void run() { 
    		// TODO Auto-generated method stub
    		method();
    	}
    	
    }

运行结果：

synchronized 修饰类
    线程1:0
    线程1:1
    线程1:2
    线程1:3
    线程1:4
    线程2:5
    线程2:6
    线程2:7
    线程2:8
    线程2:9

效果和上面synchronized修饰静态方法是一样的，synchronized作用于一个类T时，是给这个类T加锁，T的所有对象用的是同一把锁。

# 四、总结 #

1、 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。  
2、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。  
3、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。

# 五、参考信息 #

[Java中Synchronized的用法（简单介绍）][Java_Synchronized]  
[深入浅出synchronized][synchronized]

[Java_Synchronized]: https://www.cnblogs.com/weibanggang/p/9470718.html
[synchronized]: https://www.jianshu.com/p/19f861ab749e

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