Java：手把手教你全面學習神祕的Synchronized關鍵字

Java · 發表 2019-01-22 10:02:04

摘要：前言在 Java 中，有一個常被忽略但非常重要的關鍵字 Synchronized 今天，我將詳細講解 Java 關鍵字 Synchronized 的所有知識，希望你們會喜歡目錄示意圖 ...

前言

在 Java 中，有一個常被忽略但非常重要的關鍵字 Synchronized
今天，我將詳細講解 Java 關鍵字 Synchronized 的所有知識，希望你們會喜歡

1. 定義

Java 中的1個關鍵字

2. 作用

保證同一時刻最多隻有1個執行緒執行被 Synchronized 修飾的方法 / 程式碼

其他執行緒必須等待當前執行緒執行完該方法 / 程式碼塊後才能執行該方法 / 程式碼塊

3. 應用場景

保證執行緒安全，解決多執行緒中的併發同步問題（實現的是阻塞型併發），具體場景如下：

修飾例項方法 / 程式碼塊時，（同步）保護的是同一個物件方法的呼叫 & 當前例項物件
修飾靜態方法 / 程式碼塊時，（同步）保護的是靜態方法的呼叫 & class 類物件

4. 原理

依賴 JVM 實現同步
底層通過一個監視器物件 （monitor） 完成， wait（） 、 notify（） 等方法也依賴於 monitor 物件

監視器鎖（monitor）的本質依賴於底層作業系統的互斥鎖（Mutex Lock）實現

5. 具體使用

Synchronized 用於修飾程式碼塊、類的例項方法 & 靜態方法

5.1 使用規則

示意圖

5.2 鎖的型別 & 等級

Synchronized

示意圖

之間的區別

示意圖

5.3 使用方式

/**
 * 物件鎖
 */
public class Test{ 
// 物件鎖：形式1(方法鎖) 
public synchronized void Method1(){ 
System.out.println("我是物件鎖也是方法鎖"); 
try{ 
Thread.sleep(500); 
} catch (InterruptedException e){ 
e.printStackTrace(); 
} 
 
} 
 
// 物件鎖：形式2（程式碼塊形式） 
public void Method2(){ 
synchronized (this){ 
System.out.println("我是物件鎖"); 
try{ 
Thread.sleep(500); 
} catch (InterruptedException e){ 
e.printStackTrace(); 
} 
} 
 
} 
 ｝

/**
 * 方法鎖（即物件鎖中的形式1）
 */
public synchronized void Method1(){ 
System.out.println("我是物件鎖也是方法鎖"); 
try{ 
Thread.sleep(500); 
} catch (InterruptedException e){ 
e.printStackTrace(); 
} 
 
} 

/**
 * 類鎖
 */
public class Test{ 
　　 // 類鎖：形式1 ：鎖靜態方法
public static synchronized void Method1(){ 
System.out.println("我是類鎖一號"); 
try{ 
Thread.sleep(500); 
} catch (InterruptedException e){ 
e.printStackTrace(); 
} 
 
} 
 
// 類鎖：形式2 ：鎖靜態程式碼塊
public void Method2(){ 
synchronized (Test.class){ 
System.out.println("我是類鎖二號"); 
try{ 
Thread.sleep(500); 
} catch (InterruptedException e){ 
e.printStackTrace(); 
} 
 
} 
 
} 
｝

5.4 特別注意

Synchronized 修飾方法時存在缺陷：若修飾1個大的方法，將會大大影響效率

示例

若使用 Synchronized 關鍵字修飾執行緒類的 run() ，由於 run() 線上程的整個生命期內一直在執行，因此將導致它對本類任何 Synchronized 方法的呼叫都永遠不會成功
解決方案

使用 Synchronized 關鍵字宣告程式碼塊

該解決方案靈活性高：可針對任意程式碼塊 & 任意指定上鎖的物件

程式碼如下
synchronized(syncObject) { 
// 訪問或修改被鎖保護的共享狀態 
// 上述方法 必須 獲得物件 syncObject（類例項或類）的鎖
}

6. 特點

示意圖

注：原子性、可見性、有序性的定義

示意圖

7. 其他控制併發 / 執行緒同步方式

7.1 Lock、ReentrantLock

簡介

示意圖

區別

示意圖

7.2 CAS

7.2.1 定義

Compare And Swap ，即比較並交換，是一種解決併發操作的樂觀鎖

synchronized 鎖住的程式碼塊：同一時刻只能由一個執行緒訪問，屬於悲觀鎖

7.2.2 原理

// CAS的操作引數
記憶體位置（A）
預期原值（B）
預期新值（C）

// 使用CAS解決併發的原理：
// 1. 首先比較A、B，若相等，則更新A中的值為C、返回True；若不相等，則返回false；
// 2. 通過死迴圈，以不斷嘗試嘗試更新的方式實現併發

// 虛擬碼如下
public boolean compareAndSwap(long memoryA, int oldB, int newC){
if(memoryA.get() == oldB){
memoryA.set(newC);
return true;
}
return false;
}

7.2.3 優點

資源耗費少：相對於 synchronized ，省去了掛起執行緒、恢復執行緒的開銷

但，若遲遲得不到更新，死迴圈對 CPU 資源也是一種浪費

7.2.4 具體實現方式

使用CAS有個“先檢查後執行”的操作
而這種操作在Java中是典型的不安全的操作，所以 CAS 在實際中是 由 C++ 通過呼叫CPU指令實現的
具體過程

// 1. CAS在Java中的體現為Unsafe類
// 2. Unsafe類會通過C++直接獲取到屬性的記憶體地址
// 3. 接下來CAS由C++的Atomic::cmpxchg系列方法實現

7.2.5 典型應用： AtomicInteger

對 i++ 與 i--，通過 compareAndSet & 一個死迴圈實現

而 compareAndSet 函式內部 = 通過 jni 操作 CAS 指令。直到CAS操作成功跳出迴圈

private volatile int value; 
/** 
* Gets the current value. 
* 
* @return the current value 
*/ 
public final int get() { 
return value; 
} 
/** 
* Atomically increments by one the current value. 
* 
* @return the previous value 
*/ 
public final int getAndIncrement() { 
for (;;) { 
int current = get(); 
int next = current + 1; 
if (compareAndSet(current, next)) 
return current; 
} 
} 
 
/** 
* Atomically decrements by one the current value. 
* 
* @return the previous value 
*/ 
public final int getAndDecrement() { 
for (;;) { 
int current = get(); 
int next = current - 1; 
if (compareAndSet(current, next)) 
return current; 
} 
}