Java的Synchronized關(guān)鍵字學習指南(全面 & 詳細)

更新時間：2021年03月05日 10:16:16 作者：Carson_Ho

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Java的Synchronized關(guān)鍵字的相關(guān)資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧

前言

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

1. 定義

Java中的1個關(guān)鍵字

2. 作用

保證同一時刻最多只有1個線程執(zhí)行被Synchronized修飾的方法 / 代碼

其他線程必須等待當前線程執(zhí)行完該方法 / 代碼塊后才能執(zhí)行該方法 / 代碼塊

3. 應用場景

保證線程安全，解決多線程中的并發(fā)同步問題（實現(xiàn)的是阻塞型并發(fā)），具體場景如下：

修飾實例方法 / 代碼塊時，（同步）保護的是同一個對象方法的調(diào)用 & 當前實例對象修飾靜態(tài)方法 / 代碼塊時，（同步）保護的是靜態(tài)方法的調(diào)用 & class 類對象

4. 原理

依賴 JVM 實現(xiàn)同步底層通過一個監(jiān)視器對象（monitor）完成， wait（）、notify（）等方法也依賴于 monitor 對象

監(jiān)視器鎖（monitor）的本質(zhì) 依賴于底層操作系統(tǒng)的互斥鎖（Mutex Lock）實現(xiàn)

5. 具體使用

Synchronized 用于修飾代碼塊、類的實例方法 & 靜態(tài)方法

5.1 使用規(guī)則

示意圖

5.2 鎖的類型 & 等級由于Synchronized 會修飾代碼塊、類的實例方法 & 靜態(tài)方法，故分為不同鎖的類型具體如下

示意圖

之間的區(qū)別

示意圖

5.3 使用方式

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

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

/**
 * 類鎖
 */
public class Test{ 
　　 // 類鎖：形式1 ：鎖靜態(tài)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(tài)代碼塊
 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(guān)鍵字修飾線程類的run()，由于run()在線程的整個生命期內(nèi)一直在運行，因此將導致它對本類任何Synchronized方法的調(diào)用都永遠不會成功

解決方案

使用 Synchronized關(guān)鍵字聲明代碼塊

該解決方案靈活性高：可針對任意代碼塊 & 任意指定上鎖的對象

代碼如下
 synchronized(syncObject) { 
 // 訪問或修改被鎖保護的共享狀態(tài) 
 // 上述方法 必須 獲得對象 syncObject（類實例或類）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. 其他控制并發(fā) / 線程同步方式

7.1 Lock、ReentrantLock 簡介

示意圖

區(qū)別

示意圖

7.2 CAS

7.2.1 定義

Compare And Swap，即比較并交換，是一種解決并發(fā)操作的樂觀鎖

synchronized鎖住的代碼塊：同一時刻只能由一個線程訪問，屬于悲觀鎖

7.2.2 原理

// CAS的操作參數(shù)
內(nèi)存位置（A）
預期原值（B）
預期新值（C）

// 使用CAS解決并發(fā)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. 通過死循環(huán)，以不斷嘗試嘗試更新的方式實現(xiàn)并發(fā)

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

7.2.3 優(yōu)點

資源耗費少：相對于synchronized，省去了掛起線程、恢復線程的開銷

但，若遲遲得不到更新，死循環(huán)對CPU資源也是一種浪費

7.2.4 具體實現(xiàn)方式使用CAS有個“先檢查后執(zhí)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++通過調(diào)用CPU指令實現(xiàn)的具體過程

// 1. CAS在Java中的體現(xiàn)為Unsafe類
// 2. Unsafe類會通過C++直接獲取到屬性的內(nèi)存地址
// 3. 接下來CAS由C++的Atomic::cmpxchg系列方法實現(xiàn)

7.2.5 典型應用：AtomicInteger

對 i++ 與 i–，通過compareAndSet & 一個死循環(huán)實現(xiàn)

而compareAndSet函數(shù)內(nèi)部 = 通過jni操作CAS指令。直到CAS操作成功跳出循環(huán)

 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; 
  } 
 }