Java多线程系列--“基础篇”04之 synchronized关键字
概要
本章，会对synchronized关键字进行介绍。涉及到的内容包括：
1. synchronized原理
2. synchronized基本规则
3. synchronized方法 和 synchronized代码块
4. 实例锁 和 全局锁
1. synchronized原理
在java中，每一个对象有且仅有一个同步锁。这也意味着，同步锁是依赖于对象而存在。
当我们调用某对象的synchronized方法时，就获取了该对象的同步锁。例如，synchronized(obj)就获取了“obj这个对象”的同步锁。
不同线程对同步锁的访问是互斥的。也就是说，某时间点，对象的同步锁只能被一个线程获取到！通过同步锁，我们就能在多线程中，实现对“对象/方法”的互斥访问。 例如，现在有两个线程A和线程B，它们都会访问“对象obj的同步锁”。假设，在某一时刻，线程A获取到“obj的同步锁”并在执行一些操作；而此时，线程B也企图获取“obj的同步锁” —— 线程B会获取失败，它必须等待，直到线程A释放了“该对象的同步锁”之后线程B才能获取到“obj的同步锁”从而才可以运行。
2. synchronized基本规则
我们将synchronized的基本规则总结为下面3条，并通过实例对它们进行说明。
第一条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程对“该对象”的该“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
第二条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程仍然可以访问“该对象”的非同步代码块。
第三条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程对“该对象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
第一条
当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程对“该对象”的该“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
下面是“synchronized代码块”对应的演示程序。
1 class MyRunable implements Runnable {
2
3 @Override
4 public void run() {
5 synchronized(this) {
6 try {
7 for (int i = 0; i < 5; i++) {
8 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i);
10 }
11 } catch (InterruptedException ie) {
12 }
13 }
14 }
15 }
16
17 public class Demo1_1 {
18
19 public static void main(String[] args) {
20 Runnable demo = new MyRunable(); // 新建“Runnable对象”
21
22 Thread t1 = new Thread(demo, "t1"); // 新建“线程t1”, t1是基于demo这个Runnable对象
23 Thread t2 = new Thread(demo, "t2"); // 新建“线程t2”, t2是基于demo这个Runnable对象
24 t1.start(); // 启动“线程t1”
25 t2.start(); // 启动“线程t2”
26 }
27 }
运行结果：
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
结果说明：
run()方法中存在“synchronized(this)代码块”，而且t1和t2都是基于"demo这个Runnable对象"创建的线程。这就意味着，我们可以将synchronized(this)中的this看作是“demo这个Runnable对象”；因此，线程t1和t2共享“demo对象的同步锁”。所以，当一个线程运行的时候，另外一个线程必须等待“运行线程”释放“demo的同步锁”之后才能运行。
如果你确认，你搞清楚这个问题了。那我们将上面的代码进行修改，然后再运行看看结果怎么样，看看你是否会迷糊。修改后的源码如下：
1 class MyThread extends Thread {
2
3 public MyThread(String name) {
4 super(name);
5 }
6
7 @Override
8 public void run() {
9 synchronized(this) {
10 try {
11 for (int i = 0; i < 5; i++) {
12 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
13 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i);
14 }
15 } catch (InterruptedException ie) {
16 }
17 }
18 }
19 }
20
21 public class Demo1_2 {
22
23 public static void main(String[] args) {
24 Thread t1 = new MyThread("t1"); // 新建“线程t1”
25 Thread t2 = new MyThread("t2"); // 新建“线程t2”
26 t1.start(); // 启动“线程t1”
27 t2.start(); // 启动“线程t2”
28 }
29 }
代码说明：
比较Demo1_2 和 Demo1_1，我们发现，Demo1_2中的MyThread类是直接继承于Thread，而且t1和t2都是MyThread子线程。
幸运的是，在“Demo1_2的run()方法”也调用了synchronized(this)，正如“Demo1_1的run()方法”也调用了synchronized(this)一样！
那么，Demo1_2的执行流程是不是和Demo1_1一样呢？
运行结果：
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
结果说明：
如果这个结果一点也不令你感到惊讶，那么我相信你对synchronized和this的认识已经比较深刻了。否则的话，请继续阅读这里的分析。
synchronized(this)中的this是指“当前的类对象”，即synchronized(this)所在的类对应的当前对象。它的作用是获取“当前对象的同步锁”。
对于Demo1_2中，synchronized(this)中的this代表的是MyThread对象，而t1和t2是两个不同的MyThread对象，因此t1和t2在执行synchronized(this)时，获取的是不同对象的同步锁。对于Demo1_1对而言，synchronized(this)中的this代表的是MyRunable对象；t1和t2共同一个MyRunable对象，因此，一个线程获取了对象的同步锁，会造成另外一个线程等待。
第二条
当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程仍然可以访问“该对象”的非同步代码块。
下面是“synchronized代码块”对应的演示程序。
1 class Count {
2
3 // 含有synchronized同步块的方法
4 public void synMethod() {
5 synchronized(this) {
6 try {
7 for (int i = 0; i < 5; i++) {
8 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i);
10 }
11 } catch (InterruptedException ie) {
12 }
13 }
14 }
15
16 // 非同步的方法
17 public void nonSynMethod() {
18 try {
19 for (int i = 0; i < 5; i++) {
20 Thread.sleep(100);
21 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i);
22 }
23 } catch (InterruptedException ie) {
24 }
25 }
26 }
27
28 public class Demo2 {
29
30 public static void main(String[] args) {
31 final Count count = new Count();
32 // 新建t1, t1会调用“count对象”的synMethod()方法
33 Thread t1 = new Thread(
34 new Runnable() {
35 @Override
36 public void run() {
37 count.synMethod();
38 }
39 }, "t1");
40
41 // 新建t2, t2会调用“count对象”的nonSynMethod()方法
42 Thread t2 = new Thread(
43 new Runnable() {
44 @Override
45 public void run() {
46 count.nonSynMethod();
47 }
48 }, "t2");
49
50
51 t1.start(); // 启动t1
52 t2.start(); // 启动t2
53 }
54 }
运行结果：
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
结果说明：
主线程中新建了两个子线程t1和t2。t1会调用count对象的synMethod()方法，该方法内含有同步块；而t2则会调用count对象的nonSynMethod()方法，该方法不是同步方法。t1运行时，虽然调用synchronized(this)获取“count的同步锁”；但是并没有造成t2的阻塞，因为t2没有用到“count”同步锁。
第三条
当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程对“该对象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
我们将上面的例子中的nonSynMethod()方法体的也用synchronized(this)修饰。修改后的源码如下：
1 class Count {
2
3 // 含有synchronized同步块的方法
4 public void synMethod() {
5 synchronized(this) {
6 try {
7 for (int i = 0; i < 5; i++) {
8 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i);
10 }
11 } catch (InterruptedException ie) {
12 }
13 }
14 }
15
16 // 也包含synchronized同步块的方法
17 public void nonSynMethod() {
18 synchronized(this) {
19 try {
20 for (int i = 0; i < 5; i++) {
21 Thread.sleep(100);
22 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i);
23 }
24 } catch (InterruptedException ie) {
25 }
26 }
27 }
28 }
29
30 public class Demo3 {
31
32 public static void main(String[] args) {
33 final Count count = new Count();
34 // 新建t1, t1会调用“count对象”的synMethod()方法
35 Thread t1 = new Thread(
36 new Runnable() {
37 @Override
38 public void run() {
39 count.synMethod();
40 }
41 }, "t1");
42
43 // 新建t2, t2会调用“count对象”的nonSynMethod()方法
44 Thread t2 = new Thread(
45 new Runnable() {
46 @Override
47 public void run() {
48 count.nonSynMethod();
49 }
50 }, "t2");
51
52
53 t1.start(); // 启动t1
54 t2.start(); // 启动t2
55 }
56 }
运行结果：
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
结果说明：
主线程中新建了两个子线程t1和t2。t1和t2运行时都调用synchronized(this)，这个this是Count对象(count)，而t1和t2共用count。因此，在t1运行时，t2会被阻塞，等待t1运行释放“count对象的同步锁”，t2才能运行。
3. synchronized方法 和 synchronized代码块
“synchronized方法”是用synchronized修饰方法，而 “synchronized代码块”则是用synchronized修饰代码块。
synchronized方法示例
public synchronized void foo1() {
System.out.println("synchronized methoed");
}
synchronized代码块
public void foo2() {
synchronized (this) {
System.out.println("synchronized methoed");
}
}
synchronized代码块中的this是指当前对象。也可以将this替换成其他对象，例如将this替换成obj，则foo2()在执行synchronized(obj)时就获取的是obj的同步锁。
synchronized代码块可以更精确的控制冲突限制访问区域，有时候表现更高效率。下面通过一个示例来演示：
1 // Demo4.java的源码
2 public class Demo4 {
3
4 public synchronized void synMethod() {
5 for(int i=0; i<1000000; i++)
6 ;
7 }
8
9 public void synBlock() {
10 synchronized( this ) {
11 for(int i=0; i<1000000; i++)
12 ;
13 }
14 }
15
16 public static void main(String[] args) {
17 Demo4 demo = new Demo4();
18
19 long start, diff;
20 start = System.currentTimeMillis(); // 获取当前时间(millis)
21 demo.synMethod(); // 调用“synchronized方法”
22 diff = System.currentTimeMillis() - start; // 获取“时间差值”
23 System.out.println("synMethod() : "+ diff);
24
25 start = System.currentTimeMillis(); // 获取当前时间(millis)
26 demo.synBlock(); // 调用“synchronized方法块”
27 diff = System.currentTimeMillis() - start; // 获取“时间差值”
28 System.out.println("synBlock() : "+ diff);
29 }
30 }
(某一次)执行结果：
synMethod() : 11 synBlock() : 3
4. 实例锁 和 全局锁
实例锁 -- 锁在某一个实例对象上。如果该类是单例，那么该锁也具有全局锁的概念。
实例锁对应的就是synchronized关键字。
全局锁 -- 该锁针对的是类，无论实例多少个对象，那么线程都共享该锁。
全局锁对应的就是static synchronized（或者是锁在该类的class或者classloader对象上）。
关于“实例锁”和“全局锁”有一个很形象的例子：
pulbic class Something {
public synchronized void isSyncA(){}
public synchronized void isSyncB(){}
public static synchronized void cSyncA(){}
public static synchronized void cSyncB(){}
}
假设，Something有两个实例x和y。分析下面4组表达式获取的锁的情况。
(01) x.isSyncA()与x.isSyncB()
(02) x.isSyncA()与y.isSyncA()
(03) x.cSyncA()与y.cSyncB()
(04) x.isSyncA()与Something.cSyncA()
(01) 不能被同时访问。因为isSyncA()和isSyncB()都是访问同一个对象(对象x)的同步锁！
1 // LockTest1.java的源码
2 class Something {
3 public synchronized void isSyncA(){
4 try {
5 for (int i = 0; i < 5; i++) {
6 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
7 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
8 }
9 }catch (InterruptedException ie) {
10 }
11 }
12 public synchronized void isSyncB(){
13 try {
14 for (int i = 0; i < 5; i++) {
15 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
16 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
17 }
18 }catch (InterruptedException ie) {
19 }
20 }
21 }
22
23 public class LockTest1 {
24
25 Something x = new Something();
26 Something y = new Something();
27
28 // 比较(01) x.isSyncA()与x.isSyncB()
29 private void test1() {
30 // 新建t11, t11会调用 x.isSyncA()
31 Thread t11 = new Thread(
32 new Runnable() {
33 @Override
34 public void run() {
35 x.isSyncA();
36 }
37 }, "t11");
38
39 // 新建t12, t12会调用 x.isSyncB()
40 Thread t12 = new Thread(
41 new Runnable() {
42 @Override
43 public void run() {
44 x.isSyncB();
45 }
46 }, "t12");
47
48
49 t11.start(); // 启动t11
50 t12.start(); // 启动t12
51 }
52
53 public static void main(String[] args) {
54 LockTest1 demo = new LockTest1();
55 demo.test1();
56 }
57 }
运行结果：
t11 : isSyncA t11 : isSyncA t11 : isSyncA t11 : isSyncA t11 : isSyncA t12 : isSyncB t12 : isSyncB t12 : isSyncB t12 : isSyncB t12 : isSyncB
(02) 可以同时被访问。因为访问的不是同一个对象的同步锁，x.isSyncA()访问的是x的同步锁，而y.isSyncA()访问的是y的同步锁。
1 // LockTest2.java的源码
2 class Something {
3 public synchronized void isSyncA(){
4 try {
5 for (int i = 0; i < 5; i++) {
6 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
7 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
8 }
9 }catch (InterruptedException ie) {
10 }
11 }
12 public synchronized void isSyncB(){
13 try {
14 for (int i = 0; i < 5; i++) {
15 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
16 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
17 }
18 }catch (InterruptedException ie) {
19 }
20 }
21 public static synchronized void cSyncA(){
22 try {
23 for (int i = 0; i < 5; i++) {
24 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
25 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA");
26 }
27 }catch (InterruptedException ie) {
28 }
29 }
30 public static synchronized void cSyncB(){
31 try {
32 for (int i = 0; i < 5; i++) {
33 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
34 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB");
35 }
36 }catch (InterruptedException ie) {
37 }
38 }
39 }
40
41 public class LockTest2 {
42
43 Something x = new Something();
44 Something y = new Something();
45
46 // 比较(02) x.isSyncA()与y.isSyncA()
47 private void test2() {
48 // 新建t21, t21会调用 x.isSyncA()
49 Thread t21 = new Thread(
50 new Runnable() {
51 @Override
52 public void run() {
53 x.isSyncA();
54 }
55 }, "t21");
56
57 // 新建t22, t22会调用 x.isSyncB()
58 Thread t22 = new Thread(
59 new Runnable() {
60 @Override
61 public void run() {
62 y.isSyncA();
63 }
64 }, "t22");
65
66
67 t21.start(); // 启动t21
68 t22.start(); // 启动t22
69 }
70
71 public static void main(String[] args) {
72 LockTest2 demo = new LockTest2();
73
74 demo.test2();
75 }
76 }
运行结果：
t21 : isSyncA t22 : isSyncA t21 : isSyncA t22 : isSyncA t21 : isSyncA t22 : isSyncA t21 : isSyncA t22 : isSyncA t21 : isSyncA t22 : isSyncA
(03) 不能被同时访问。因为cSyncA()和cSyncB()都是static类型，x.cSyncA()相当于Something.isSyncA()，y.cSyncB()相当于Something.isSyncB()，因此它们共用一个同步锁，不能被同时反问。
1 // LockTest3.java的源码
2 class Something {
3 public synchronized void isSyncA(){
4 try {
5 for (int i = 0; i < 5; i++) {
6 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
7 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
8 }
9 }catch (InterruptedException ie) {
10 }
11 }
12 public synchronized void isSyncB(){
13 try {
14 for (int i = 0; i < 5; i++) {
15 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
16 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
17 }
18 }catch (InterruptedException ie) {
19 }
20 }
21 public static synchronized void cSyncA(){
22 try {
23 for (int i = 0; i < 5; i++) {
24 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
25 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA");
26 }
27 }catch (InterruptedException ie) {
28 }
29 }
30 public static synchronized void cSyncB(){
31 try {
32 for (int i = 0; i < 5; i++) {
33 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
34 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB");
35 }
36 }catch (InterruptedException ie) {
37 }
38 }
39 }
40
41 public class LockTest3 {
42
43 Something x = new Something();
44 Something y = new Something();
45
46 // 比较(03) x.cSyncA()与y.cSyncB()
47 private void test3() {
48 // 新建t31, t31会调用 x.isSyncA()
49 Thread t31 = new Thread(
50 new Runnable() {
51 @Override
52 public void run() {
53 x.cSyncA();
54 }
55 }, "t31");
56
57 // 新建t32, t32会调用 x.isSyncB()
58 Thread t32 = new Thread(
59 new Runnable() {
60 @Override
61 public void run() {
62 y.cSyncB();
63 }
64 }, "t32");
65
66
67 t31.start(); // 启动t31
68 t32.start(); // 启动t32
69 }
70
71 public static void main(String[] args) {
72 LockTest3 demo = new LockTest3();
73
74 demo.test3();
75 }
76 }
运行结果：
t31 : cSyncA t31 : cSyncA t31 : cSyncA t31 : cSyncA t31 : cSyncA t32 : cSyncB t32 : cSyncB t32 : cSyncB t32 : cSyncB t32 : cSyncB
(04) 可以被同时访问。因为isSyncA()是实例方法，x.isSyncA()使用的是对象x的锁；而cSyncA()是静态方法，Something.cSyncA()可以理解对使用的是“类的锁”。因此，它们是可以被同时访问的。
1 // LockTest4.java的源码
2 class Something {
3 public synchronized void isSyncA(){
4 try {
5 for (int i = 0; i < 5; i++) {
6 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
7 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
8 }
9 }catch (InterruptedException ie) {
10 }
11 }
12 public synchronized void isSyncB(){
13 try {
14 for (int i = 0; i < 5; i++) {
15 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
16 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
17 }
18 }catch (InterruptedException ie) {
19 }
20 }
21 public static synchronized void cSyncA(){
22 try {
23 for (int i = 0; i < 5; i++) {
24 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
25 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA");
26 }
27 }catch (InterruptedException ie) {
28 }
29 }
30 public static synchronized void cSyncB(){
31 try {
32 for (int i = 0; i < 5; i++) {
33 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
34 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB");
35 }
36 }catch (InterruptedException ie) {
37 }
38 }
39 }
40
41 public class LockTest4 {
42
43 Something x = new Something();
44 Something y = new Something();
45
46 // 比较(04) x.isSyncA()与Something.cSyncA()
47 private void test4() {
48 // 新建t41, t41会调用 x.isSyncA()
49 Thread t41 = new Thread(
50 new Runnable() {
51 @Override
52 public void run() {
53 x.isSyncA();
54 }
55 }, "t41");
56
57 // 新建t42, t42会调用 x.isSyncB()
58 Thread t42 = new Thread(
59 new Runnable() {
60 @Override
61 public void run() {
62 Something.cSyncA();
63 }
64 }, "t42");
65
66
67 t41.start(); // 启动t41
68 t42.start(); // 启动t42
69 }
70
71 public static void main(String[] args) {
72 LockTest4 demo = new LockTest4();
73
74 demo.test4();
75 }
76 }
运行结果：
t41 : isSyncA t42 : cSyncA t41 : isSyncA t42 : cSyncA t41 : isSyncA t42 : cSyncA t41 : isSyncA t42 : cSyncA t41 : isSyncA t42 : cSyncA
