synchronized用法简单梳理

线程安全是并发编程中的重要关注点，应该注意到的是，造成线程安全问题的主要诱因有两点

• 一是存在共享数据(也称临界资源)
• 二是存在多条线程共同操作共享数据

因此为了解决这个问题，我们可能需要这样一个方案，当存在多个线程操作共享数据时，需要保证同一时刻有且只有一个线程在操作共享数据，其他线程必须等到该线程处理完数据后再进行，这种方式有个高尚的名称叫互斥锁，即能达到互斥访问目的的锁，也就是说当一个共享数据被当前正在访问的线程加上互斥锁后，在同一个时刻，其他线程只能处于等待的状态，直到当前线程处理完毕释放该锁。
在 Java 中，关键字 synchronized 可以保证在同一个时刻，只有一个线程可以执行某个方法或者某个代码块(主要是对方法或者代码块中存在共享数据的操作)，同时我们还应该注意到synchronized另外一个重要的作用，synchronized可保证一个线程的变化(主要是共享数据的变化)被其他线程所看到（保证可见性，完全可以替代Volatile功能），这点确实也是很重要的。

synchronized的三种应用方式

synchronized关键字最主要有以下3种应用方式，下面分别介绍

• 修饰实例方法，作用于当前实例加锁，进入同步代码前要获得 当前实例 的锁
• 修饰静态方法，作用于当前类对象加锁，进入同步代码前要获得 当前类对象 的锁
• 修饰代码块，指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得 给定对象 的锁。

synchronized作用于实例方法

所谓的实例对象锁就是用synchronized修饰实例对象中的实例方法，注意是实例方法不包括静态方法

package sychronized;

import static net.mindview.util.Print.*;

import java.util.concurrent.*;

public class AccountingSync2 implements Runnable {
    //共享资源(临界资源)
    static int i = 0;

    /**
     * synchronized 修饰实例方法
     */
    synchronized void getI() {
        if (i % 1000000 == 0) {
            print(i);
        }
    }

    public synchronized void increase() {
        i++;
        getI();
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
            increase();
        }
        print(i);
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        AccountingSync2 accountingSync2 = new AccountingSync2();
        exec.execute(accountingSync2);
        exec.execute(accountingSync2);
        exec.shutdown();
    }
}

最后的结果为：
1000000
1519541
2000000
2000000

• 上述代码中，我们开启两个线程操作同一个共享资源即变量i，由于i++操作并不具备原子性，该操作是先读取值，然后写回一个新值，相当于原来的值加上1，分两步完成，如果第二个线程在第一个线程读取旧值和写回新值期间读取i的域值，那么第二个线程就会与第一个线程一起看到同一个值，并执行相同值的加1操作，这也就造成了线程安全失败，因此对于increase方法必须使用synchronized修饰，以便保证线程安全。
• 此时注意到synchronized修饰的是实例方法increase，在这样的情况下，当前线程的锁便是实例对象instance，注意Java中的线程同步锁可以是任意对象。
• 当一个线程正在访问一个对象的 synchronized 实例方法，那么其他线程不能访问该对象的其他 synchronized 方法，毕竟一个对象只有一把锁，当一个线程获取了该对象的锁之后，其他线程无法获取该对象的锁，所以无法访问该对象的其他synchronized实例方法，但是其他线程还是可以访问该实例对象的其他非synchronized方法，但是一个 synchronized 方法可以调用另一个需要获得同样锁的synchronized方法，因为已经获取了锁。
• 如果是一个线程 A 需要访问实例对象 obj1 的 synchronized 方法 f1(当前对象锁是obj1)，另一个线程 B 需要访问实例对象 obj2 的 synchronized 方法f2(当前对象锁是obj2)，这样是允许的，因为两个实例对象锁并不同相同，此时如果两个线程操作数据并非共享的，线程安全是有保障的，遗憾的是如果两个线程操作的是共享数据，那么线程安全就有可能无法保证了。

package sychronized;

import static net.mindview.util.Print.*;
import java.util.concurrent.*;

public class AccountingSync2 implements Runnable {
    //共享资源(临界资源)
    static int i = 0;

    /**
     * synchronized 修饰实例方法
     */
    synchronized void getI() {
        if (i % 1000000 == 0) {
            print(i);
        }
    }

    public synchronized void increase() {
        i++;
        getI();
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
            increase();
        }
        print(i);
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        AccountingSync2 accountingSync2 = new AccountingSync2();
        exec.execute(accountingSync2);
        exec.execute(new AccountingSync2());
        exec.shutdown();
    }
}

#输出结果：
1000000
1249050
1329218

• 上述代码与前面不同的是我们同时创建了两个新实例AccountingSync2，然后启动两个不同的线程对共享变量i进行操作，但很遗憾操作结果是1329218而不是期望结果2000000。
• 虽然我们使用synchronized修饰了increase方法，但却new了两个不同的实例对象，这也就意味着存在着两个不同的实例对象锁，因此两个进程都会进入各自持有对象的对象锁，也就是说两个线程使用的是不同的锁，因此线程安全是无法保证的。
• 解决这种困境的的方式是将synchronized作用于静态的increase方法，这样的话，对象锁就当前类对象，由于无论创建多少个实例对象，但对于的类对象拥有只有一个，所有在这样的情况下对象锁就是唯一的。下面我们看看如何使用将synchronized作用于静态的increase方法。

synchronized作用于静态方法

当synchronized作用于静态方法时，其锁就是当前类的class对象锁。由于静态成员不专属于任何一个实例对象，是类成员，因此通过class对象锁可以控制静态成员的并发操作。需要注意的是如果一个线程A调用一个实例对象的非static synchronized 方法，而线程B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized方法，是允许的，不会发生互斥现象，因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的 class 对象，而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁。

package sychronized;

import static net.mindview.util.Print.*;
import java.util.concurrent.*;

class OtherTask implements Runnable{
    AccountingSyncClass accounting = new AccountingSyncClass();
    @Override
    public void run(){
        for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
            accounting.increaseForObject();
        }
        print(accounting.getI());
    }
}

public class AccountingSyncClass implements Runnable {
    //共享资源(临界资源)
    private static int i = 0;

    /**
     * synchronized 修饰实例方法
     */
    public synchronized void increaseForObject() {
        i++;
    }

    public synchronized static void increase() {
        i++;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
            increase();
        }
        print(i);
    }
    
    public int getI(){
        return i;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        exec.execute(new AccountingSyncClass());
        exec.execute(new AccountingSyncClass());
        exec.execute(new OtherTask()); // 1
        exec.shutdown();
    }
}

输出结果为：
1459696
2692181
2754098

注释掉代码中的 1 那一行代码的输出结果为：
1468495
2000000

• 由于synchronized关键字修饰的是静态increase方法，与修饰实例方法不同的是，其锁对象是当前类的class对象。
• 注意代码中的increase4Obj方法是实例方法，其对象锁是当前实例对象，如果别的线程调用该方法，将不会产生互斥现象，毕竟锁对象不同，但我们应该意识到这种情况下可能会发现线程安全问题(操作了共享静态变量i)。
• 因此在设计同步代码的时候一定要仔细思考到底该用 多大的同步粒度 和 该对什么对象 使用同步操作。

synchronized同步代码块

除了使用关键字修饰实例方法和静态方法外，还可以使用同步代码块，在某些情况下，我们编写的方法体可能比较大，同时存在一些比较耗时的操作，而需要同步的代码又只有一小部分，如果直接对整个方法进行同步操作，可能会得不偿失，此时我们可以使用同步代码块的方式对需要同步的代码进行包裹，这样就无需对整个方法进行同步操作了。

public class AccountingSync implements Runnable{
    static AccountingSync instance=new AccountingSync();
    static int i=0;
    @Override
    public void run() {
        //省略其他耗时操作....
        //使用同步代码块对变量i进行同步操作,锁对象为instance
        synchronized(instance){
            for(int j=0;j<1000000;j++){
                    i++;
              }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1=new Thread(instance);
        Thread t2=new Thread(instance);
        t1.start();t2.start();
        t1.join();t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

• 从代码看出，将synchronized作用于一个给定的实例对象instance，即当前实例对象就是锁对象，每次当线程进入synchronized包裹的代码块时就会要求当前线程持有instance实例对象锁。
• 如果当前有其他线程正持有该对象锁，那么新到的线程就必须等待，这样也就保证了每次只有一个线程执行i++操作。
• 当然除了instance作为对象外，我们还可以使用this对象(代表当前实例)或者当前类的class对象作为锁。

//this,当前实例对象锁
synchronized(this){
    for(int j=0;j<1000000;j++){
        i++;
    }
}

//class对象锁
synchronized(AccountingSync.class){
    for(int j=0;j<1000000;j++){
        i++;
    }
}

同步方法最好运用在 共享资源 内部而不是使用它的外部

package sychronized;

import static net.mindview.util.Print.*;
import java.util.concurrent.*;

class OtherTask implements Runnable{
    AccountingSyncClass accounting = new AccountingSyncClass();
    @Override
    public void run(){
        for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
            accounting.increaseForObject();
        }
        print(accounting.getAdapterInteger());
    }
}

class AdapterInteger {
    private int i = 0;
    public synchronized void increase(){
        ++i;
    }
    public synchronized int getI(){
        return i;
    }
}

public class AccountingSyncClass implements Runnable {
    //共享资源(临界资源)
    private static AdapterInteger adapterInteger = new AdapterInteger();

    /**
     * synchronized 修饰实例方法
     */
    public synchronized void increaseForObject() {
        adapterInteger.increase();
    }

    public synchronized static void increase() {
        adapterInteger.increase();
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
            increase();
        }
        print(getAdapterInteger());
    }

    public static int getAdapterInteger() {
        return adapterInteger.getI();
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        exec.execute(new AccountingSyncClass());
        exec.execute(new AccountingSyncClass());
        exec.execute(new OtherTask());
        exec.shutdown();
    }
}

#输出结果为
1183139
2688189
3000000

这样三个线程中的任务的锁都是我们的共享变量 adapterInteger 对象的锁，这样就可以完成真正的同步，不管哪个线程都是获得了 adapterInteger 对象的锁才能运行相应的代码。