二哥：“三妹，以前都是我講你聽，今天我們換個(gè)形式，假裝我是面試官，你來講講 synchronized 關(guān)鍵字的應(yīng)用方式和內(nèi)存語義吧。”

三妹（顏值在線，氣質(zhì)也在線）：“我們這是要互換角色嗎？哈哈哈哈。”

前言

“好吧，來吧?！比靡稽c(diǎn)也不怯場(chǎng)。

在 Java 中，關(guān)鍵字 synchronized 可以保證在同一個(gè)時(shí)刻，只有一個(gè)線程可以執(zhí)行某個(gè)方法或者某個(gè)代碼塊(主要是對(duì)方法或者代碼塊中存在共享數(shù)據(jù)的操作)，同時(shí)我們還應(yīng)該注意到 synchronized 另外一個(gè)重要的作用，synchronized 可保證一個(gè)線程的變化(主要是共享數(shù)據(jù)的變化)被其他線程所看到（保證可見性，完全可以替代 Volatile 功能）。

synchronized 的三種應(yīng)用方式

synchronized 關(guān)鍵字最主要有以下 3 種應(yīng)用方式，下面分別介紹：

• 修飾實(shí)例方法，作用于當(dāng)前實(shí)例加鎖，進(jìn)入同步代碼前要獲得當(dāng)前實(shí)例的鎖；
• 修飾靜態(tài)方法，作用于當(dāng)前類對(duì)象加鎖，進(jìn)入同步代碼前要獲得當(dāng)前類對(duì)象的鎖；
• 修飾代碼塊，指定加鎖對(duì)象，對(duì)給定對(duì)象加鎖，進(jìn)入同步代碼庫前要獲得給定對(duì)象的鎖。

synchronized 作用于實(shí)例方法

所謂的實(shí)例對(duì)象鎖就是用 synchronized 修飾實(shí)例對(duì)象中的實(shí)例方法，注意是實(shí)例方法不包括靜態(tài)方法，如下：

public class AccountingSync implements Runnable { //共享資源(臨界資源) static int i = 0; // synchronized 修飾實(shí)例方法 public synchronized void increase() { i ++; } @Override public void run() { for(int j=0;j<1000000;j++){ increase(); } } public static void main(String args[]) throws InterruptedException { AccountingSync instance = new AccountingSync(); Thread t1 = new Thread(instance); Thread t2 = new Thread(instance); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); System.out.println("static, i output:" + i); }}/** * 輸出結(jié)果: * static, i output:2000000 */

如果在函數(shù) increase()前不加 synchronized，因?yàn)?i++不具備原子性，所以最終結(jié)果會(huì)小于 2000000，具體分析可以參考文章《Java 并發(fā)編程系列 2-volatile》。下面這點(diǎn)非常重要：

一個(gè)對(duì)象只有一把鎖，當(dāng)一個(gè)線程獲取了該對(duì)象的鎖之后，其他線程無法獲取該對(duì)象的鎖，所以無法訪問該對(duì)象的其他 synchronized 實(shí)例方法，但是其他線程還是可以訪問該實(shí)例對(duì)象的其他非 synchronized 方法。

但是一個(gè)線程 A 需要訪問實(shí)例對(duì)象 obj1 的 synchronized 方法 f1(當(dāng)前對(duì)象鎖是 obj1)，另一個(gè)線程 B 需要訪問實(shí)例對(duì)象 obj2 的 synchronized 方法 f2(當(dāng)前對(duì)象鎖是 obj2)，這樣是允許的：

public class AccountingSyncBad implements Runnable { //共享資源(臨界資源) static int i = 0; // synchronized 修飾實(shí)例方法 public synchronized void increase() { i ++; } @Override public void run() { for(int j=0;j<1000000;j++){ increase(); } } public static void main(String args[]) throws InterruptedException { // new 兩個(gè)AccountingSync新實(shí)例 Thread t1 = new Thread(new AccountingSyncBad()); Thread t2 = new Thread(new AccountingSyncBad()); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); System.out.println("static, i output:" + i); }}/** * 輸出結(jié)果: * static, i output:1224617 */

上述代碼與前面不同的是我們同時(shí)創(chuàng)建了兩個(gè)新實(shí)例 AccountingSyncBad，然后啟動(dòng)兩個(gè)不同的線程對(duì)共享變量 i 進(jìn)行操作，但很遺憾操作結(jié)果是 1224617 而不是期望結(jié)果 2000000，因?yàn)樯鲜龃a犯了嚴(yán)重的錯(cuò)誤，雖然我們使用 synchronized 修飾了 increase 方法，但卻 new 了兩個(gè)不同的實(shí)例對(duì)象，這也就意味著存在著兩個(gè)不同的實(shí)例對(duì)象鎖，因此 t1 和 t2 都會(huì)進(jìn)入各自的對(duì)象鎖，也就是說 t1 和 t2 線程使用的是不同的鎖，因此線程安全是無法保證的。

每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)對(duì)象鎖，不同的對(duì)象，他們的鎖不會(huì)互相影響。

解決這種困境的的方式是將 synchronized 作用于靜態(tài)的 increase 方法，這樣的話，對(duì)象鎖就當(dāng)前類對(duì)象，由于無論創(chuàng)建多少個(gè)實(shí)例對(duì)象，但對(duì)于的類對(duì)象擁有只有一個(gè)，所有在這樣的情況下對(duì)象鎖就是唯一的。下面我們看看如何使用將 synchronized 作用于靜態(tài)的 increase 方法。

synchronized 作用于靜態(tài)方法

當(dāng) synchronized 作用于靜態(tài)方法時(shí)，其鎖就是當(dāng)前類的 class 鎖，不屬于某個(gè)對(duì)象。

當(dāng)前類 class 鎖被獲取，不影響對(duì)象鎖的獲取，兩者互不影響。

由于靜態(tài)成員不專屬于任何一個(gè)實(shí)例對(duì)象，是類成員，因此通過 class 對(duì)象鎖可以控制靜態(tài)成員的并發(fā)操作。需要注意的是如果一個(gè)線程 A 調(diào)用一個(gè)實(shí)例對(duì)象的非 static synchronized 方法，而線程 B 需要調(diào)用這個(gè)實(shí)例對(duì)象所屬類的靜態(tài) synchronized 方法，不會(huì)發(fā)生互斥現(xiàn)象，因?yàn)樵L問靜態(tài) synchronized 方法占用的鎖是當(dāng)前類的 class 對(duì)象，而訪問非靜態(tài) synchronized 方法占用的鎖是當(dāng)前實(shí)例對(duì)象鎖，看如下代碼：

public class AccountingSyncClass implements Runnable { static int i = 0; /** * 作用于靜態(tài)方法,鎖是當(dāng)前class對(duì)象,也就是 * AccountingSyncClass類對(duì)應(yīng)的class對(duì)象 */ public static synchronized void increase() { i++; } // 非靜態(tài),訪問時(shí)鎖不一樣不會(huì)發(fā)生互斥 public synchronized void increase4Obj() { i++; } @Override public void run() { for(int j=0;j<1000000;j++){ increase(); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { //new新實(shí)例 Thread t1=new Thread(new AccountingSyncClass()); //new新實(shí)例 Thread t2=new Thread(new AccountingSyncClass()); //啟動(dòng)線程 t1.start();t2.start(); t1.join();t2.join(); System.out.println(i); }}/** * 輸出結(jié)果: * 2000000 */

由于 synchronized 關(guān)鍵字修飾的是靜態(tài) increase 方法，與修飾實(shí)例方法不同的是，其鎖對(duì)象是當(dāng)前類的 class 對(duì)象。注意代碼中的 increase4Obj 方法是實(shí)例方法，其對(duì)象鎖是當(dāng)前實(shí)例對(duì)象，如果別的線程調(diào)用該方法，將不會(huì)產(chǎn)生互斥現(xiàn)象，畢竟鎖對(duì)象不同，但我們應(yīng)該意識(shí)到這種情況下可能會(huì)發(fā)現(xiàn)線程安全問題(操作了共享靜態(tài)變量 i)。

synchronized 同步代碼塊

在某些情況下，我們編寫的方法體可能比較大，同時(shí)存在一些比較耗時(shí)的操作，而需要同步的代碼又只有一小部分，如果直接對(duì)整個(gè)方法進(jìn)行同步操作，可能會(huì)得不償失，此時(shí)我們可以使用同步代碼塊的方式對(duì)需要同步的代碼進(jìn)行包裹，這樣就無需對(duì)整個(gè)方法進(jìn)行同步操作了，同步代碼塊的使用示例如下：

public class AccountingSync2 implements Runnable { static AccountingSync2 instance = new AccountingSync2(); // 餓漢單例模式 static int i=0; @Override public void run() { //省略其他耗時(shí)操作…. //使用同步代碼塊對(duì)變量i進(jìn)行同步操作,鎖對(duì)象為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); }}/** * 輸出結(jié)果: * 2000000 */

從代碼看出，將 synchronized 作用于一個(gè)給定的實(shí)例對(duì)象 instance，即當(dāng)前實(shí)例對(duì)象就是鎖對(duì)象，每次當(dāng)線程進(jìn)入 synchronized 包裹的代碼塊時(shí)就會(huì)要求當(dāng)前線程持有 instance 實(shí)例對(duì)象鎖，如果當(dāng)前有其他線程正持有該對(duì)象鎖，那么新到的線程就必須等待，這樣也就保證了每次只有一個(gè)線程執(zhí)行 i++;操作。當(dāng)然除了 instance 作為對(duì)象外，我們還可以使用 this 對(duì)象(代表當(dāng)前實(shí)例)或者當(dāng)前類的 class 對(duì)象作為鎖，如下代碼：

//this,當(dāng)前實(shí)例對(duì)象鎖synchronized(this){ for(int j=0;j<1000000;j++){ i++; }}//class對(duì)象鎖synchronized(AccountingSync.class){ for(int j=0;j<1000000;j++){ i++; }}

synchronized 禁止指令重排分析

指令重排的情況，可以參考文章《Java 并發(fā)編程系列 1-基礎(chǔ)知識(shí)》

我們先看如下代碼：

class MonitorExample { int a = 0; public synchronized void writer() { //1 a++; //2 } //3 public synchronized void reader() { //4 int i = a; //5 //…… } //6}

假設(shè)線程 A 執(zhí)行 writer()方法，隨后線程 B 執(zhí)行 reader()方法。根據(jù) happens before 規(guī)則，這個(gè)過程包含的 happens before 關(guān)系可以分為兩類：

• 根據(jù)程序次序規(guī)則，1 happens before 2, 2 happens before 3; 4 happens before 5, 5 happens before 6。
• 根據(jù)監(jiān)視器鎖規(guī)則，3 happens before 4。
• 根據(jù) happens before 的傳遞性，2 happens before 5。

上述 happens before 關(guān)系的圖形化表現(xiàn)形式如下：

在上圖中，每一個(gè)箭頭鏈接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，代表了一個(gè) happens before 關(guān)系。黑色箭頭表示程序順序規(guī)則；橙色箭頭表示監(jiān)視器鎖規(guī)則；藍(lán)色箭頭表示組合這些規(guī)則后提供的 happens before 保證。

上圖表示在線程 A 釋放了鎖之后，隨后線程 B 獲取同一個(gè)鎖。在上圖中，2 happens before 5。因此，線程 A 在釋放鎖之前所有可見的共享變量，在線程 B 獲取同一個(gè)鎖之后，將立刻變得對(duì) B 線程可見。

synchronized 的可重入性

從互斥鎖的設(shè)計(jì)上來說，當(dāng)一個(gè)線程試圖操作一個(gè)由其他線程持有的對(duì)象鎖的臨界資源時(shí)，將會(huì)處于阻塞狀態(tài)，但當(dāng)一個(gè)線程再次請(qǐng)求自己持有對(duì)象鎖的臨界資源時(shí)，這種情況屬于重入鎖，請(qǐng)求將會(huì)成功。

synchronized 就是可重入鎖，因此一個(gè)線程調(diào)用 synchronized 方法的同時(shí)，在其方法體內(nèi)部調(diào)用該對(duì)象另一個(gè) synchronized 方法是允許的，如下：

public class AccountingSync implements Runnable{ static AccountingSync instance=new AccountingSync(); static int i=0; static int j=0; @Override public void run() { for(int j=0;j<1000000;j++){ //this,當(dāng)前實(shí)例對(duì)象鎖 synchronized(this){ i++; increase();//synchronized的可重入性 } } } public synchronized void increase(){ j++; } 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); }}

當(dāng)前實(shí)例對(duì)象鎖后進(jìn)入 synchronized 代碼塊執(zhí)行同步代碼，并在代碼塊中調(diào)用了當(dāng)前實(shí)例對(duì)象的另外一個(gè) synchronized 方法，再次請(qǐng)求當(dāng)前實(shí)例鎖時(shí)，將被允許。需要特別注意另外一種情況，當(dāng)子類繼承父類時(shí)，子類也是可以通過可重入鎖調(diào)用父類的同步方法。注意由于 synchronized 是基于 monitor 實(shí)現(xiàn)的，因此每次重入，monitor 中的計(jì)數(shù)器仍會(huì)加 1。

ending

“三妹，今天就學(xué)到這吧?！蔽曳隽朔鲅坨R對(duì)三妹說。

記住 synchronized 的三種應(yīng)用方式，指令重排情況分析，以及 synchronized 的可重入性，通過今天的學(xué)習(xí)，你基本可以掌握 synchronized 的使用姿勢(shì)，以及可能會(huì)遇到的坑。

原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/q5QYVSgqtqNWijyp1hM-yQ