1. synchronized原理
在java中,每一個對象有且僅有一個同步鎖。這也意味著,同步鎖是依賴於對象而存在。
當我們調用某對象的synchronized方法時,就獲取了該對象的同步鎖。例如,synchronized(obj)就獲 取了“obj這個對象”的同步鎖。
不同線程對同步鎖的訪問是互斥的。也就是說,某時間點,對象的同步鎖只能被一個線程獲取到!通 過同步鎖,我們就能在多線程中,實現對“對象/方法”的互斥訪問。 例如,現在有兩個線程 A和線程B,它們都會訪問“對象obj的同步鎖”。假設,在某一時刻,線程A獲取到“obj 的同步鎖”並在執行一些操作;而此時,線程B也企圖獲取“obj的同步鎖” —— 線程B會獲取失敗,它必須等待,直到線程A釋放了“該對象的同步鎖”之後 線程B才能獲取到“obj的同步鎖”從而才可以運行。
2. synchronized基本規則
我們將synchronized的基本規則總結為下面3條,並通過實例對它們進行說明。
第一條: 當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者 “synchronized代碼塊”時,其他線程對“該對象”的該“synchronized方 法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
第二條: 當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者 “synchronized代碼塊”時,其他線程仍然可以訪問“該對象”的非同步代碼塊。
第三條: 當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者 “synchronized代碼塊”時,其他線程對“該對象”的其他的 “synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
第一條
當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized 代碼塊”時,其他線程對“該對象”的該“synchronized方法”或者 “synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
下面是“synchronized代碼塊”對應的演示程序。
class MyRunable implements Runnable { @Override public void run() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } } } public class Demo1_1 { public static void main(String[] args) { Runnable demo = new MyRunable(); // 新建“Runnable對象” Thread t1 = new Thread(demo, "t1"); // 新建“線程t1”, t1是基於demo這個Runnable對象 Thread t2 = new Thread(demo, "t2"); // 新建“線程t2”, t2是基於demo這個Runnable對象 t1.start(); // 啟動“線程t1” t2.start(); // 啟動“線程t2” } }
運行結果:
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
結果說明:
run()方法中存在“synchronized(this)代碼塊”,而且t1和t2都是基於"demo這個 Runnable對象"創建的線程。這就意味著,我們可以將synchronized(this)中的this看作是 “demo這個Runnable對象”;因此,線程t1和t2共享“demo對象的同步鎖”。所以 ,當一個線程運行的時候,另外一個線程必須等待“運行線程”釋放“demo的同步鎖 ”之後才能運行。
如果你確認,你搞清楚這個問題了。那我們將上面的代碼進行修改,然後再運行看看結果怎麼樣,看 看你是否會迷糊。修改後的源碼如下:
class MyThread extends Thread { public MyThread(String name) { super(name); } @Override public void run() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } } } public class Demo1_2 { public static void main(String[] args) { Thread t1 = new MyThread("t1"); // 新建“線程t1” Thread t2 = new MyThread("t2"); // 新建“線程t2” t1.start(); // 啟動“線程t1” t2.start(); // 啟動“線程t2” } }
代碼說明:
比較Demo1_2 和 Demo1_1,我們發現,Demo1_2中的MyThread類是直接繼承於Thread,而且t1和t2都是 MyThread子線程。
幸運的是,在“Demo1_2的run()方法”也調用了synchronized(this),正如 “Demo1_1的run()方法”也調用了synchronized(this)一樣!
那麼,Demo1_2的執行流程是不是和Demo1_1一樣呢?
運行結果:
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
結果說明:
如果這個結果一點也不令你感到驚訝,那麼我相信你對synchronized和this的認識已經比較深刻了。 否則的話,請繼續閱讀這裡的分析。
synchronized(this)中的this是指“當前的類對象”,即synchronized(this)所在的類對 應的當前對象。它的作用是獲取“當前對象的同步鎖”。
對於Demo1_2中,synchronized(this)中的this代表的是MyThread對象,而t1和t2是兩個不同的 MyThread對象,因此t1和t2在執行synchronized(this)時,獲取的是不同對象的同步鎖。對於Demo1_1對 而言,synchronized(this)中的this代表的是MyRunable對象;t1和t2共同一個MyRunable對象,因此,一 個線程獲取了對象的同步鎖,會造成另外一個線程等待。
第二條
當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized 代碼塊”時,其他線程仍然可以訪問“該對象”的非同步代碼塊。
下面是“synchronized代碼塊”對應的演示程序。
class Count { // 含有synchronized同步塊的方法 public void synMethod() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } } // 非同步的方法 public void nonSynMethod() { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } } public class Demo2 { public static void main(String[] args) { final Count count = new Count(); // 新建t1, t1會調用“count對象”的synMethod()方法 Thread t1 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { count.synMethod(); } }, "t1"); // 新建t2, t2會調用“count對象”的nonSynMethod()方法 Thread t2 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { count.nonSynMethod(); } }, "t2"); t1.start(); // 啟動t1 t2.start(); // 啟動t2 } }
運行結果:
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
結果說明:
主線程中新建了兩個子線程t1和t2。t1會調用count對象的synMethod()方法,該方法內含有同步塊; 而t2則會調用count對象的nonSynMethod()方法,該方法不是同步方法。t1運行時,雖然調用 synchronized(this)獲取“count的同步鎖”;但是並沒有造成t2的阻塞,因為t2沒有用到 “count”同步鎖。
第三條
當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized 代碼塊”時,其他線程對“該對象”的其他的“synchronized方法”或者 “synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
我們將上面的例子中的nonSynMethod()方法體的也用synchronized(this)修飾。修改後的源碼如下:
class Count { // 含有synchronized同步塊的方法 public void synMethod() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } } // 也包含synchronized同步塊的方法 public void nonSynMethod() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } } } public class Demo3 { public static void main(String[] args) { final Count count = new Count(); // 新建t1, t1會調用“count對象”的synMethod()方法 Thread t1 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { count.synMethod(); } }, "t1"); // 新建t2, t2會調用“count對象”的nonSynMethod()方法 Thread t2 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { count.nonSynMethod(); } }, "t2"); t1.start(); // 啟動t1 t2.start(); // 啟動t2 } }
運行結果:
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
結果說明:
主線程中新建了兩個子線程t1和t2。t1和t2運行時都調用synchronized(this),這個this是Count對象 (count),而t1和t2共用count。因此,在t1運行時,t2會被阻塞,等待t1運行釋放“count對象的同 步鎖”,t2才能運行。
3. synchronized方法 和 synchronized代碼塊
“synchronized方法”是用synchronized修飾方法,而 “synchronized代碼塊 ”則是用synchronized修飾代碼塊。
synchronized方法示例
public synchronized void foo1() {
System.out.println("synchronized methoed");
}
synchronized代碼塊
public void foo2() {
synchronized (this) {
System.out.println("synchronized methoed");
}
}
synchronized代碼塊中的this是指當前對象。也可以將this替換成其他對象,例如將this替換成obj, 則foo2()在執行synchronized(obj)時就獲取的是obj的同步鎖。
synchronized代碼塊可以更精確的控制沖突限制訪問區域,有時候表現更高效率。下面通過一個示例 來演示:
// Demo4.java的源碼 public class Demo4 { public synchronized void synMethod() { for(int i=0; i<1000000; i++) ; } public void synBlock() { synchronized( this ) { for(int i=0; i<1000000; i++) ; } } public static void main(String[] args) { Demo4 demo = new Demo4(); long start, diff; start = System.currentTimeMillis(); // 獲取當前時間(millis) demo.synMethod(); // 調用“synchronized方法 ” diff = System.currentTimeMillis() - start; // 獲取“時間差值” System.out.println("synMethod() : "+ diff); start = System.currentTimeMillis(); // 獲取當前時間(millis) demo.synBlock(); // 調用“synchronized方法塊 ” diff = System.currentTimeMillis() - start; // 獲取“時間差值” System.out.println("synBlock() : "+ diff); } }
(某一次)執行結果:
synMethod() : 11
synBlock() : 3
4. 實例鎖 和 全局鎖
實例鎖 -- 鎖在某一個實例對象上。如果該類是單例,那麼該鎖也具有全局鎖的概念。
實例鎖對應的就是synchronized關鍵字。
全局鎖 -- 該鎖針對的是類,無論實例多少個對象,那麼線程都共享該鎖。
全局鎖對應的就是static synchronized(或者是鎖在該類的class或者classloader對象上)。
關於“實例鎖”和“全局鎖”有一個很形象的例子:
pulbic class Something {
public synchronized void isSyncA(){}
public synchronized void isSyncB(){}
public static synchronized void cSyncA(){}
public static synchronized void cSyncB(){}
}
假設,Something有兩個實例x和y。分析下面4組表達式獲取的鎖的情況。
(01) x.isSyncA()與x.isSyncB()
(02) x.isSyncA()與y.isSyncA()
(03) x.cSyncA()與y.cSyncB()
(04) x.isSyncA()與Something.cSyncA()
(01) 不能被同時訪問。因為isSyncA()和isSyncB()都是訪問同一個對象(對象x)的同步鎖!
// LockTest1.java的源碼 class Something { public synchronized void isSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public synchronized void isSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } } } public class LockTest1 { Something x = new Something(); Something y = new Something(); // 比較(01) x.isSyncA()與x.isSyncB() private void test1() { // 新建t11, t11會調用 x.isSyncA() Thread t11 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.isSyncA(); } }, "t11"); // 新建t12, t12會調用 x.isSyncB() Thread t12 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.isSyncB(); } }, "t12"); t11.start(); // 啟動t11 t12.start(); // 啟動t12 } public static void main(String[] args) { LockTest1 demo = new LockTest1(); demo.test1(); } }
運行結果:
t11 : isSyncA t11 : isSyncA t11 : isSyncA t11 : isSyncA t11 : isSyncA t12 : isSyncB t12 : isSyncB t12 : isSyncB t12 : isSyncB t12 : isSyncB
(02) 可以同時被訪問。因為訪問的不是同一個對象的同步鎖,x.isSyncA()訪問的是x的同步鎖,而 y.isSyncA()訪問的是y的同步鎖。
// LockTest2.java的源碼 class Something { public synchronized void isSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public synchronized void isSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } } } public class LockTest2 { Something x = new Something(); Something y = new Something(); // 比較(02) x.isSyncA()與y.isSyncA() private void test2() { // 新建t21, t21會調用 x.isSyncA() Thread t21 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.isSyncA(); } }, "t21"); // 新建t22, t22會調用 x.isSyncB() Thread t22 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { y.isSyncA(); } }, "t22"); t21.start(); // 啟動t21 t22.start(); // 啟動t22 } public static void main(String[] args) { LockTest2 demo = new LockTest2(); demo.test2(); } }
運行結果:
t21 : isSyncA t22 : isSyncA t21 : isSyncA t22 : isSyncA t21 : isSyncA t22 : isSyncA t21 : isSyncA t22 : isSyncA t21 : isSyncA t22 : isSyncA
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(03) 不能被同時訪問。因為cSyncA()和cSyncB()都是static類型,x.cSyncA()相當於 Something.isSyncA(),y.cSyncB()相當於Something.isSyncB(),因此它們共用一個同步鎖,不能被同時 反問。
// LockTest3.java的源碼 class Something { public synchronized void isSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public synchronized void isSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } } } public class LockTest3 { Something x = new Something(); Something y = new Something(); // 比較(03) x.cSyncA()與y.cSyncB() private void test3() { // 新建t31, t31會調用 x.isSyncA() Thread t31 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.cSyncA(); } }, "t31"); // 新建t32, t32會調用 x.isSyncB() Thread t32 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { y.cSyncB(); } }, "t32"); t31.start(); // 啟動t31 t32.start(); // 啟動t32 } public static void main(String[] args) { LockTest3 demo = new LockTest3(); demo.test3(); } }
運行結果:
t31 : cSyncA t31 : cSyncA t31 : cSyncA t31 : cSyncA t31 : cSyncA t32 : cSyncB t32 : cSyncB t32 : cSyncB t32 : cSyncB t32 : cSyncB
(04) 可以被同時訪問。因為isSyncA()是實例方法,x.isSyncA()使用的是對象x的鎖;而cSyncA()是 靜態方法,Something.cSyncA()可以理解對使用的是“類的鎖”。因此,它們是可以被同時訪 問的。
// LockTest4.java的源碼 class Something { public synchronized void isSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public synchronized void isSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } } } public class LockTest4 { Something x = new Something(); Something y = new Something(); // 比較(04) x.isSyncA()與Something.cSyncA() private void test4() { // 新建t41, t41會調用 x.isSyncA() Thread t41 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.isSyncA(); } }, "t41"); // 新建t42, t42會調用 x.isSyncB() Thread t42 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { Something.cSyncA(); } }, "t42"); t41.start(); // 啟動t41 t42.start(); // 啟動t42 } public static void main(String[] args) { LockTest4 demo = new LockTest4(); demo.test4(); } }
運行結果:
t41 : isSyncA t42 : cSyncA t41 : isSyncA t42 : cSyncA t41 : isSyncA t42 : cSyncA t41 : isSyncA t42 : cSyncA t41 : isSyncA t42 : cSyncA