JAVA同步機制synchronized 和百度百科


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不久前用到了同步,現在回過頭來對JAVA中的同步做個總結,以對前段時間工作的總結和自我技術的條理話。JAVA中synchronized關鍵字能夠作為函數的修飾符,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。假如再細的分類,synchronized可作用於instance變量、object reference(對象引用)、static函數和class literals(類名稱字面常量)身上。 

在進一步闡述之前,我們需要明確幾點: 
A.無論synchronized關鍵字加在方法上還是對象上,他取得的鎖都是對象,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。 
B.每個對象只有一個鎖(lock)和之相關聯。 
C.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。 
接着來討論synchronized用到不同地方對代碼產生的影響: 

假設P1、P2是同一個類的不同對象,這個類中定義了以下幾種情況的同步塊或同步方法,P1、P2就都能夠調用他們。 

1.  把synchronized當作函數修飾符時,示例代碼如下: 
Public synchronized void method(){ 
//…. 

這也就是同步方法,那這時synchronized鎖定的是哪個對象呢?他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,他們之間會形成互斥,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卻能夠任意調用這個被加了synchronized關鍵字的方法。 
上邊的示例代碼等同於如下代碼: 
public void method() 

synchronized (this)      //  (1) 

       //….. 


(1)處的this指的是什么呢?他指的就是調用這個方法的對象,如P1。可見同步方法實質是將synchronized作用於object reference。――那個拿到了P1對象鎖的線程,才能夠調用P1的同步方法,而對P2而言,P1這個鎖和他毫不相干,程式也可能在這種情形下擺脫同步機制的控制,造成數據混亂:( 
2.同步塊,示例代碼如下: 
public void method(SomeObject so) { 
synchronized(so) 

       //….. 


這時,鎖就是so這個對象,誰拿到這個鎖誰就能夠運行他所控制的那段代碼。當有一個明確的對象作為鎖時,就能夠這樣寫程式,但當沒有明確的對象作為鎖,只是想讓一段代碼同步時,能夠創建一個特別的instance變量(他得是個對象)來充當鎖: 
class Foo implements Runnable 

       private byte[] lock = new byte[0];  // 特別的instance變量 
    Public void method() 

       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。 
3.將synchronized作用於static 函數,示例代碼如下: 
      Class Foo 

public synchronized static void method1()   // 同步的static 函數 

//…. 

public void method2() 

       synchronized(Foo.class)   //  class literal(類名稱字面常量) 

       } 
   代碼中的method2()方法是把class literal作為鎖的情況,他和同步的static函數產生的效果是相同的,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)。 
記得在《Effective Java》一書中看到過將 Foo.class和 P1.getClass()用於作同步鎖還不相同,不能用P1.getClass()來達到鎖這個Class的目的。P1指的是由Foo類產生的對象。 
能夠推斷:假如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,因為他們的鎖都不相同。A方法的鎖是Obj所屬的那個Class,而B的鎖是Obj所屬的這個對象。 

小結如下: 
搞清楚synchronized鎖定的是哪個對象,就能幫助我們設計更安全的多線程程式。 


更有一些技巧能夠讓我們對共享資源的同步訪問更加安全: 
1.  定義private 的instance變量+他的 get方法,而不要定義public/protected的instance變量。假如將變量定義為public,對象在外界能夠繞過同步方法的控制而直接取得他,並改變他。這也是JavaBean的標准實現方式之一。 

2.  假如instance變量是個對象,如數組或ArrayList什么的,那上述方法仍然不安全,因為當外界對象通過get方法拿到這個instance對象的引用后,又將其指向另一個對象,那么這個private變量也就變了,豈不是很危險。 這個時候就需要將get方法也加上synchronized同步,並且,只返回這個private對象的clone()――這樣,調用端得到的就是對象副本的引用了。


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概述

  synchronized  關鍵字,代表這個方法加鎖,相當於不管哪一個線程(例如線程A),運行到這個方法時,都要檢查有沒有其它線程B(或者C、 D等)正在用這個方法,有的話要等正在使用synchronized方法的線程B(或者C 、D)運行完這個方法后再運行此線程A,沒有的話,直接運行。它包括兩種用法:synchronized 方法和 synchronized 塊。

1. synchronized 方法:

  聲明是為了定義變量的作用范圍和作用域   通過在方法聲明中加入 synchronized關鍵字來聲明 synchronized 方法。如:   public synchronized void accessVal(int newVal);   synchronized 方法控制對類成員變量的訪問: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於每一個類實例,其所有聲明為 synchronized 的成員函數中至多只有一個處於可執行狀態(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: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 ,由於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 ,並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。

2. synchronized 塊:

  通過 synchronized關鍵字來聲明synchronized 塊。語法如下:   synchronized(syncObject) {   //允許訪問控制的代碼   }   synchronized 塊是這樣一個代碼塊,其中的代碼必須獲得對象 syncObject (如前所述,可以是類實例或類)的鎖方能執行,具體機制同前所述。由於可以針對任意代碼塊,且可任意指定上鎖的對象,故靈活性較高。

編輯本段對synchronized(this)的一些理解

  一、當兩個並發線程訪問同一個對象object中的這個synchronized(this)同步代碼塊時,一個時間內只能有一個線程得到執行。另一個線程必須等待當前線程執行完這個代碼塊以后才能執行該代碼塊。   二、當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時,其他線程對object中所有其它synchronized(this)同步代碼塊的訪問將被阻塞。   三、然而,當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時,另一個線程仍然可以訪問該object中的除synchronized(this)同步代碼塊以外的部分。   四、第三個例子同樣適用其它同步代碼塊。也就是說,當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時,它就獲得了這個object的 對象鎖。結果,其它線程對該object對象所有同步代碼部分的訪問都被暫時阻塞。   五、以上規則對其它對象鎖同樣適用

編輯本段synchronized的4種用法

  
1.方法聲明時使用,放在范圍操作符(public等)之后,返回類型聲明(void等)之前。即一次只能有一個線程進入該方法,其他線程要想在此時調用該方法,只能排隊等候,當前線程(就是在synchronized方法內部的線程)執行完該方法后,別的線程才能進入。 
例如: 
public synchronized void synMethod() { 
//方法體 

2.對某一代碼塊使用,synchronized后跟括號,括號里是變量,這樣,一次只有一個線程進入該代碼塊。例如: 
public int synMethod(int a1){ 
synchronized(a1) { 
//一次只能有一個線程進入 


3.synchronized后面括號里是一對象,此時,線程獲得的是對象鎖。例如: 
public class MyThread implements Runnable { 
public static void main(String args[]) { 
MyThread mt = new MyThread(); 
Thread t1 = new Thread(mt, "t1"); 
Thread t2 = new Thread(mt, "t2"); 
Thread t3 = new Thread(mt, "t3"); 
Thread t4 = new Thread(mt, "t4"); 
Thread t5 = new Thread(mt, "t5"); 
Thread t6 = new Thread(mt, "t6"); 
t1.start(); 
t2.start(); 
t3.start(); 
t4.start(); 
t5.start(); 
t6.start(); 

public void run() { 
synchronized (this) { 
System.out.println(Thread.currentThread().getName()); 



對於3,如果線程進入,則得到對象鎖,那么別的線程在該類所有對象上的任何操作都不能進行。在對象級使用鎖通常是一種比較粗糙的方法。為什么要將整個對象都上鎖,而不允許其他線程短暫地使用對象中其他同步方法來訪問共享資源?如果一個對象擁有多個資源,就不需要只為了讓一個線程使用其中一部分資源,就將所有線程都鎖在外面。由於每個對象都有鎖,可以如下所示使用虛擬對象來上鎖: 
class FineGrainLock { 
MyMemberClass x, y; 
Object xlock = new Object(), ylock = new Object(); 
public void foo() { 
synchronized(xlock) { 
//access x here 

//do something here - but don‘t use shared resources 
synchronized(ylock) { 
//access y here 


public void bar() { 
synchronized(this) { 
//access both x and y here 

//do something here - but don‘t use shared resources 


4.synchronized后面括號里是類。例如: 
class ArrayWithLockOrder{ 
private static long num_locks = 0; 
private long lock_order; 
private int[] arr; 
public ArrayWithLockOrder(int[] a) 

arr = a; 
synchronized(ArrayWithLockOrder.class) {//-----------------------------------------這里 
num_locks++; // 鎖數加 1。 
lock_order = num_locks; // 為此對象實例設置唯一的 lock_order。 


public long lockOrder() 

return lock_order; 

public int[] array() 

return arr; 


class SomeClass implements Runnable 

public int sumArrays(ArrayWithLockOrder a1, 
ArrayWithLockOrder a2) 

int value = 0; 
ArrayWithLockOrder first = a1; // 保留數組引用的一個 
ArrayWithLockOrder last = a2; // 本地副本。 
int size = a1.array().length; 
if (size == a2.array().length) 

if (a1.lockOrder() > a2.lockOrder()) // 確定並設置對象的鎖定 
{ // 順序。 
first = a2; 
last = a1; 

synchronized(first) { // 按正確的順序鎖定對象。 
synchronized(last) { 
int[] arr1 = a1.array(); 
int[] arr2 = a2.array(); 
for (int i=0; i value += arr1[i] + arr2[i]; 



return value; 

public void run() { 
//... 


對於4,如果線程進入,則線程在該類中所有操作不能進行,包括靜態變量和靜態方法,實際上,對於含有靜態方法和靜態變量的代碼塊的同步,我們通常用4來加鎖。 
以上4種之間的關系: 
鎖是和對象相關聯的,每個對象有一把鎖,為了執行synchronized語句,線程必須能夠獲得synchronized語句中表達式指定的對象的鎖,一個對象只有一把鎖,被一個線程獲得之后它就不再擁有這把鎖,線程在執行完synchronized語句后,將獲得鎖交還給對象。 
在方法前面加上synchronized修飾符即可以將一個方法聲明為同步化方法。同步化方法在執行之前獲得一個鎖。如果這是一個類方法,那么獲得的鎖是和聲明方法的類相關的Class類對象的鎖。如果這是一個實例方法,那么此鎖是this對象的鎖。synchronzied塊后面跟類的具體詳細例子、public class DB2_JDBCFactory {private static DB2_JDBCFactory instance = null; public static final ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal(); private DB2_JDBCFactory() { 
} public static DB2_JDBCFactory getInstance() { 
if(instance == null) { 
synchronized(DB2_JDBCFactory.class) { //synchronized后面跟一個類 
instance = new DB2_JDBCFactory(); 


return instance; 
} public Connection getConnection_JNDI_localhost(){ 
Connection c = (Connection) threadLocal.get(); 
try { 
if (c == null || c.isClosed()) { 
InitialContext ctx = new InitialContext(); 
DataSource ds = (DataSource)ctx.lookup("java:comp/env/jdbc/localhost"); 
c = ds.getConnection(); 
threadLocal.set(c); 

} catch (Exception ex) { 
System.err.println("getConnection_JNDI Initial failed. " + ex); 
return null; 

return c; 
}}外面的對象訪問這個類的 需要通過調用它的getInstance()


注意!

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