Java synchronized 詳解

由于同一進程的多個線程共享同一片存儲空間,在帶來方便的同時,也帶來了訪問沖突這個嚴重的問題。Java語言提供了專門機制以解決這種沖突,有效避免了同一個數據對象被多個線程同時訪問。
需要明確的幾個問題:

  • synchronized關鍵字可以作為函數的修飾符,也可作為函數內的語句,也就是平時說的同步方法和同步語句塊。如果 再細的分類,synchronized可作用于instance變量、object reference(對象引用)、static函數和class literals(類名稱字面常量)身上。
  • 無論synchronized關鍵字加在方法上還是對象上,它取得的鎖都是對象,而不是把一段代碼或函數當作鎖――而且同步方法很可能還會被其他線程的對象訪問。
  • 每個對象只有一個鎖(lock)與之相關聯。
  • 實現同步是要很大的系統開銷作為代價的,甚至可能造成死鎖,所以盡量避免無謂的同步控制。

synchronized關鍵字的作用域有二種:

  1. 某個對象實例內,synchronized aMethod(){}可以防止多個線程同時訪問這個對象的synchronized方法(如果一個對象有多個synchronized方法,只要一個線 程訪問了其中的一個synchronized方法,其它線程不能同時訪問這個對象中任何一個synchronized方法)。這時,不同的對象實例的 synchronized方法是不相干擾的。也就是說,其它線程照樣可以同時訪問相同類的另一個對象實例中的synchronized方法;
  2. 某個類的范圍,synchronized static aStaticMethod{}防止多個線程同時訪問這個類中的synchronized static 方法。它可以對類的所有對象實例起作用。

synchronized 方法

每個類實例對應一把鎖,每個 synchronized 方法都必須獲得調用該方法的類實例的鎖方能執行,否則所屬線程阻塞,方法一旦執行,就獨占該鎖,直到從該方法返回時才將鎖釋放,此后被阻塞的線程方能獲得該鎖,重新進入可執行狀態。這種機制確保了同一時刻對于每一個類實例,其所有聲明為 synchronized 的成員函數中至多只有一個處于可執行狀態(因為至多只有一個能夠獲得該類實例對應的鎖),從而有效避免了類成員變量的訪問沖突(只要所有可能訪問類成員變量的方法均被聲明為 synchronized)。
在 Java 中,不光是類實例,每一個類也對應一把鎖,這樣我們也可將類的靜態成員函數聲明為 synchronized ,以控制其對類的靜態成員變量的訪問。

synchronized 方法的缺陷

同步方法,這時synchronized鎖定的是哪個對象呢?它鎖定的是調用這個同步方法對象。也就是說,當一個對象 P1在不同的線程中執行這個同步方法時,它們之間會形成互斥,達到同步的效果。但是這個對象所屬的Class所產生的另一對象P2卻可以任意調用這個被加 了synchronized關鍵字的方法.同步方法實質是將synchronized作用于object reference。――那個拿到了P1對象鎖的線程,才可以調用P1的同步方法,而對P2而言,P1這個鎖與它毫不相干,程序也可能在這種情形下擺脫同步機制的控制,造成數據混亂:(
;若將一個大的方法聲明為synchronized 將會大大影響效率,典型地,若將線程類的方法 run() 聲明為 synchronized ,由于在線程的整個生命期內它一直在運行,因此將導致它對本類任何 synchronized 方法的調用都永遠不會成功。當然我們可以通過將訪問類成員變量的代碼放到專門的方法中,將其聲明為 synchronized ,并在主方法中調用來解決這一問題,但是 Java 為我們提供了更好的解決辦法,那就是 synchronized 塊。

synchronized 代碼塊

除了方法前用synchronized關鍵字,synchronized關鍵字還可以用于方法中的某個區塊中,表示只對這個區塊的資源實行互斥訪問。用法是: synchronized(this){/區塊/},它的作用域是當前對象。
這時鎖就是對象,誰拿到這個鎖誰就可以運行它所控制的那段代碼。當有一個明確的對象作為鎖時,就可以這樣寫程序,但當沒有明確的對象作為鎖,只是想讓一段代碼同步時,可以創建一個特殊的instance變量(它得是一個對象)來充當鎖:

class Foo implements Runnable {
       private byte[] lock = new byte[0]; // 特殊的instance變量    
       Public void methodA() {      
         synchronized(lock) { //… }
       }
       //…..
}

注:零長度的byte數組對象創建起來將比任何對象都經濟――查看編譯后的字節碼:生成零長度的byte[]對象只需3條操作碼,而Object lock = new Object()則需要7行操作碼。

synchronized 靜態方法

將synchronized作用于static 函數,示例代碼如下:

Class Foo {
  // 同步的static 函數
  public synchronized static void methodAAA()  {
  //….
  }
  public void methodBBB() {
       synchronized(Foo.class)   // class literal(類名稱字面常量)
  }    
}

代碼中的methodBBB()方法是把class literal作為鎖的情況,它和同步的static函數產生的效果是一樣的,取得的鎖很特別,是當前調用這個方法的對象所屬的類(Class,而不再是由這個Class產生的某個具體對象了)。

可以推斷:如果一個類中定義了一個synchronized 的 static 函數A,也定義了一個 synchronized 的 instance函數B,那么這個類的同一對象Obj在多線程中分別訪問A和B兩個方法時,不會構成同步,因為它們的鎖都不一樣。B方法的鎖是Obj這個對象,而B的鎖是Obj所屬的那個Class。

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