Synchronized關(guān)鍵字

Java語言的關(guān)鍵字，當(dāng)它用來修飾一個(gè)方法或者一個(gè)代碼塊的時(shí)候，能夠保證在同一時(shí)刻最多只有一個(gè)線程執(zhí)行該段代碼。

當(dāng)兩個(gè)并發(fā)線程訪問同一個(gè)對(duì)象object中的這個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，一個(gè)時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)線程得到執(zhí)行。另一個(gè)線程必須等待當(dāng)前線程執(zhí)行完這個(gè)代碼塊以后才能執(zhí)行該代碼塊。
然而，當(dāng)一個(gè)線程訪問object的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，另一個(gè)線程仍然可以訪問該object中的非synchronized(this)同步代碼塊。
尤其關(guān)鍵的是，當(dāng)一個(gè)線程訪問object的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，其他線程對(duì)object中所有其它synchronized(this)同步代碼塊的訪問將被阻塞。
第三個(gè)例子同樣適用其它同步代碼塊。也就是說，當(dāng)一個(gè)線程訪問object的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，它就獲得了這個(gè)object的對(duì)象鎖。結(jié)果，其它線程對(duì)該object對(duì)象所有同步代碼部分的訪問都被暫時(shí)阻塞。
以上規(guī)則對(duì)其它對(duì)象鎖同樣適用.
代碼示例

package test160118;

public class TestSynchronized {
  public static void main(String[] args) {
    Sy sy = new Sy(0);
    Sy sy2 = new Sy(1);
    sy.start();
    sy2.start();
  }
}

class Sy extends Thread {
  private int flag ;

  static Object x1 = new Object();
  static Object x2 = new Object();

  public Sy(int flag) {
    this.flag = flag;
  }
  @Override
  public void run() {
    System.out.println(flag);
    try {
      if (flag == 0) {
        synchronized (x1) {
          System.out.println(flag+"鎖住了x1");
          Thread.sleep(1000);
          synchronized (x2) {
            System.out.println(flag+"鎖住了x2");
          }
          System.out.println(flag+"釋放了x1和x2");
        }
      }
      if(flag == 1) {
        synchronized (x2) {
          System.out.println(flag+"鎖住了x2");
          Thread.sleep(1000);
          synchronized (x1) {
            System.out.println(flag+"鎖住了x1");
          }
          System.out.println(flag+"釋放了x1和x2");
        }
      }
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

ThreadLocal無鎖化線程封閉實(shí)現(xiàn)原理
ThreadLocal能做什么呢？

這個(gè)一句話不好說，我們不如來看看實(shí)際項(xiàng)目中遇到的一些困解：當(dāng)你在項(xiàng)目中根據(jù)一些參數(shù)調(diào)用進(jìn)入一些方法，然后方法再調(diào)用方法，進(jìn)而跨對(duì)象調(diào)用方法，很多層次，這些方法可能都會(huì)用到一些相似的參數(shù)，例如，A中需要參數(shù)a、b、c，A調(diào)用B后，B中需要b、c參數(shù)，而B調(diào)用C方法需要a、b參數(shù)，此時(shí)不得不將所有的參數(shù)全部傳遞給B，以此類推，若有很多方法的調(diào)用，此時(shí)的參數(shù)就會(huì)越來越繁雜，另外，當(dāng)程序需要增加參數(shù)的時(shí)候，此時(shí)需要對(duì)相關(guān)的方法逐個(gè)增加參數(shù)，是的，很麻煩，相信你也遇到過，這也是在C語言面向?qū)ο筮^來的一些常見處理手段，不過我們簡(jiǎn)單的處理方法是將它包裝成對(duì)象傳遞進(jìn)去，通過增加對(duì)象的屬性就可以解決這個(gè)問題，不過對(duì)象通常是有意義的，所以有些時(shí)候簡(jiǎn)單的對(duì)象包裝增加一些擴(kuò)展不相關(guān)的屬性會(huì)使得我們class的定義變得十分的奇怪，所以在這些情況下我們?cè)诩軜?gòu)這類復(fù)雜的程序的時(shí)候，我們通過使用一些類似于Scope的作用域的類來處理，名稱和使用起來都會(huì)比較通用，類似web應(yīng)用中會(huì)有context、session、request、page等級(jí)別的scope，而ThreadLocal也可以解決這類問題，只是他并不是很適合解決這類問題，它面對(duì)這些問題通常是初期并沒有按照scope以及對(duì)象的方式傳遞，認(rèn)為不會(huì)增加參數(shù)，當(dāng)增加參數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)要改很多地方的地方，為了不破壞代碼的結(jié)構(gòu)，也有可能參數(shù)已經(jīng)太多，已經(jīng)使得方法的代碼可讀性降低，增加ThreadLocal來處理，例如，一個(gè)方法調(diào)用另一個(gè)方法時(shí)傳入了8個(gè)參數(shù)，通過逐層調(diào)用到第N個(gè)方法，傳入了其中一個(gè)參數(shù)，此時(shí)最后一個(gè)方法需要增加一個(gè)參數(shù)，第一個(gè)方法變成9個(gè)參數(shù)是自然的，但是這個(gè)時(shí)候，相關(guān)的方法都會(huì)受到牽連，使得代碼變得臃腫不堪。

上面提及到了ThreadLocal一種亡羊補(bǔ)牢的用途，不過也不是特別推薦使用的方式，它還有一些類似的方式用來使用，就是在框架級(jí)別有很多動(dòng)態(tài)調(diào)用，調(diào)用過程中需要滿足一些協(xié)議，雖然協(xié)議我們會(huì)盡量的通用，而很多擴(kuò)展的參數(shù)在定義協(xié)議時(shí)是不容易考慮完全的以及版本也是隨時(shí)在升級(jí)的，但是在框架擴(kuò)展時(shí)也需要滿足接口的通用性和向下兼容，而一些擴(kuò)展的內(nèi)容我們就需要ThreadLocal來做方便簡(jiǎn)單的支持。

簡(jiǎn)單來說，ThreadLocal是將一些復(fù)雜的系統(tǒng)擴(kuò)展變成了簡(jiǎn)單定義，使得相關(guān)參數(shù)牽連的部分變得非常容易，以下是我們例子說明：

Spring的事務(wù)管理器中，對(duì)數(shù)據(jù)源獲取的Connection放入了ThreadLocal中，程序執(zhí)行完后由ThreadLocal中獲取connection然后做commit和rollback，使用中，要保證程序通過DataSource獲取的connection就是從spring中獲取的，為什么要做這樣的操作呢，因?yàn)闃I(yè)務(wù)代碼完全由應(yīng)用程序來決定，而框架不能要求業(yè)務(wù)代碼如何去編寫，否則就失去了框架不讓業(yè)務(wù)代碼去管理connection的好處了，此時(shí)業(yè)務(wù)代碼被切入后，spring不會(huì)向業(yè)務(wù)代碼區(qū)傳入一個(gè)connection，它必須保存在一個(gè)地方，當(dāng)?shù)讓油ㄟ^ibatis、spring jdbc等框架獲取同一個(gè)datasource的connection的時(shí)候，就會(huì)調(diào)用按照spring約定的規(guī)則去獲取，由于執(zhí)行過程都是在同一個(gè)線程中處理，從而獲取到相同的connection，以保證commit、rollback以及業(yè)務(wù)操作過程中，使用的connection是同一個(gè)，因?yàn)橹挥型粋€(gè)conneciton才能保證事務(wù)，否則數(shù)據(jù)庫本身也是不支持的。

其實(shí)在很多并發(fā)編程的應(yīng)用中，ThreadLocal起著很重要的重要，它不加鎖，非常輕松的將線程封閉做得天衣無縫，又不會(huì)像局部變量那樣每次需要從新分配空間，很多空間由于是線程安全，所以，可以反復(fù)利用線程私有的緩沖區(qū)。

如何使用ThreadLocal？

在系統(tǒng)中任意一個(gè)適合的位置定義個(gè) ThreadLocal 變量，可以定義為 public static 類型（直接new出來一個(gè)ThreadLocal對(duì)象），要向里面放入數(shù)據(jù)就使用set(Object)，要獲取數(shù)據(jù)就用get()操作，刪除元素就用remove()，其余的方法是非 public 的方法，不推薦使用。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單例子（代碼片段1）：

public class ThreadLocalTest2 {

 public final static ThreadLocal <String>TEST_THREAD_NAME_LOCAL = new ThreadLocal<String>();

 public final static ThreadLocal <String>TEST_THREAD_VALUE_LOCAL = new ThreadLocal<String>();

 public static void main(String[]args) {
 for(int i = 0 ; i < 100 ; i++) {
  final String name = "線程-【" + i + "】";
  final String value = String.valueOf(i);
  new Thread() {
  public void run() {
   try {
   TEST_THREAD_NAME_LOCAL.set(name);
   TEST_THREAD_VALUE_LOCAL.set(value);
   callA();
   }finally {
   TEST_THREAD_NAME_LOCAL.remove();
   TEST_THREAD_VALUE_LOCAL.remove();
   }
  }
  }.start();
 }
 }

 public static void callA() {
 callB();
 }

 public static void callB() {
 new ThreadLocalTest2().callC();
 }

 public void callC() {
 callD();
 }

 public void callD() {
 System.out.println(TEST_THREAD_NAME_LOCAL.get() + "/t=/t" + TEST_THREAD_VALUE_LOCAL.get());
 }
}

這里模擬了100個(gè)線程去訪問分別設(shè)置 name 和 value ，中間故意將 name 和 value 的值設(shè)置成一樣，看是否會(huì)存在并發(fā)的問題，通過輸出可以看出，線程輸出并不是按照順序輸出，說明是并行執(zhí)行的，而線程 name 和 value 是可以對(duì)應(yīng)起來的，中間通過多個(gè)方法的調(diào)用，以模實(shí)際的調(diào)用中參數(shù)不傳遞，如何獲取到對(duì)應(yīng)的變量的過程，不過實(shí)際的系統(tǒng)中往往會(huì)跨類，這里僅僅在一個(gè)類中模擬，其實(shí)跨類也是一樣的結(jié)果，大家可以自己去模擬就可以。

相信看到這里，很多程序員都對(duì) ThreadLocal 的原理深有興趣，看看它是如何做到的，盡然參數(shù)不傳遞，又可以像局部變量一樣使用它，的確是蠻神奇的，其實(shí)看看就知道是一種設(shè)置方式，看到名稱應(yīng)該是是和Thread相關(guān)，那么廢話少說，來看看它的源碼吧，既然我們用得最多的是set、get和remove，那么就從set下手：

set(T obj)方法為（代碼片段2）：

public void set(T value) {
 Thread t = Thread.currentThread();
 ThreadLocalMap map = getMap(t);
 if (map != null)
 map.set(this, value);
 else
 createMap(t, value);
}

首先獲取了當(dāng)前的線程，和猜測(cè)一樣，然后有個(gè) getMap 方法，傳入了當(dāng)前線程，我們先可以理解這個(gè)map是和線程相關(guān)的map，接下來如果   不為空，就做set操作，你跟蹤進(jìn)去會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)和HashMap的put操作類似，也就是向map中寫入了一條數(shù)據(jù)，如果為空，則調(diào)用createMap方法，進(jìn)去后，看看（ 代碼片段3 ）：

void createMap(Thread t, T firstValue) {
 t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

返現(xiàn)創(chuàng)建了一個(gè)ThreadLocalMap，并且將傳入的參數(shù)和當(dāng)前ThreadLocal作為K-V結(jié)構(gòu)寫入進(jìn)去（ 代碼片段4 ）：

ThreadLocalMap(ThreadLocal firstKey, Object firstValue) {
 table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
 int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
 table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
 size = 1;
 setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

這里就不說明ThreadLocalMap的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，只需要知道它的實(shí)現(xiàn)和HashMap類似，只是很多方法沒有，也沒有implements Map，因?yàn)樗⒉幌胱屇阃ㄟ^某些方式（例如反射）獲取到一個(gè)Map對(duì)他進(jìn)一步操作，它是一個(gè)ThreadLocal里面的一個(gè)static內(nèi)部類，default類型，僅僅在java.lang下面的類可以引用到它，所以你可以想到Thread可以引用到它。

我們?cè)倩剡^頭來看看getMap方法，因?yàn)樯厦嫖覂H僅知道獲取的Map是和線程相關(guān)的，而通過 代碼片段3 ，有一個(gè)t.threadLocalMap = new ThreadLocalMap(this, firstValue)的時(shí)候，相信你應(yīng)該大概有點(diǎn)明白，這個(gè)變量應(yīng)該來自Thread里面，我們根據(jù)getMap方法進(jìn)去看看：

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
 return t.threadLocals;
}

是的，是來自于Thread，而這個(gè)Thread正好又是當(dāng)前線程，那么進(jìn)去看看定義就是：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

這個(gè)屬性就是在Thread類中，也就是每個(gè)Thread默認(rèn)都有一個(gè)ThreadLocalMap，用于存放線程級(jí)別的局部變量，通常你無法為他賦值，因?yàn)檫@樣的賦值通常是不安全的。

好像是不是有點(diǎn)亂，不著急，我們回頭先摸索下思路：

1、Thread里面有個(gè)屬性是一個(gè)類似于HashMap一樣的東西，只是它的名字叫ThreadLocalMap，這個(gè)屬性是default類型的，因此同一個(gè)package下面所有的類都可以引用到，因?yàn)槭荰hread的局部變量，所以每個(gè)線程都有一個(gè)自己?jiǎn)为?dú)的Map，相互之間是不沖突的，所以即使將ThreadLocal定義為static線程之間也不會(huì)沖突。

2、ThreadLocal和Thread是在同一個(gè)package下面，可以引用到這個(gè)類，可以對(duì)他做操作，此時(shí)ThreadLocal每定義一個(gè)，用this作為Key，你傳入的值作為value，而this就是你定義的ThreadLocal，所以不同的ThreadLocal變量，都使用set，相互之間的數(shù)據(jù)不會(huì)沖突，因?yàn)樗麄兊腒ey是不同的，當(dāng)然同一個(gè)ThreadLocal做兩次set操作后，會(huì)以最后一次為準(zhǔn)。

3、綜上所述，在線程之間并行，ThreadLocal可以像局部變量一樣使用，且線程安全，且不同的ThreadLocal變量之間的數(shù)據(jù)毫無沖突。

我們繼續(xù)看看get方法和remove方法，其實(shí)就簡(jiǎn)單了：

public T get() {
 Thread t = Thread.currentThread();
 ThreadLocalMap map = getMap(t);
 if (map != null) {
 ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
 if (e != null)
  return (T)e.value;
 }
 return setInitialValue();
}

通過根據(jù)當(dāng)前線程調(diào)用getMap方法，也就是調(diào)用了t.threadLocalMap，然后在map中查找，注意Map中找到的是Entry，也就是K-V基本結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟鉺et寫入的僅僅有值，所以，它會(huì)設(shè)置一個(gè)e.value來返回你寫入的值，因?yàn)镵ey就是ThreadLocal本身。你可以看到map.getEntry也是通過this來獲取的。

同樣remove方法為：

public void remove() {
 ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
 if (m != null)
  m.remove(this);
}

同樣根據(jù)當(dāng)前線程獲取map，如果不為空，則remove，通過this來remove。

補(bǔ)充下（2013-6-29），搞忘寫有什么坑了，這個(gè)ThreadLocal有啥坑呢，大家從前面應(yīng)該可以看出來，這個(gè)ThreadLocal相關(guān)的對(duì)象是被綁定到一個(gè)Map中的，而這個(gè)Map是Thread線程的中的一個(gè)屬性，那么就有一個(gè)問題是，如果你不自己remove的話或者說如果你自己的程序中不知道什么時(shí)候去remove的話，那么線程不注銷，這些被set進(jìn)去的數(shù)據(jù)也不會(huì)被注銷。

反過來說，寫代碼中除非你清晰的認(rèn)識(shí)到這個(gè)對(duì)象應(yīng)該在哪里set，哪里remove，如果是模糊的，很可能你的代碼中不會(huì)走remove的位置去，或?qū)е乱恍┻壿媶栴}，另外，如果不remove的話，就要等線程注銷，我們?cè)诤芏鄳?yīng)用服務(wù)器中，線程是被復(fù)用的，因?yàn)樵趦?nèi)核分配線程還是有開銷的，因此在這些應(yīng)用中線程很難會(huì)被注銷掉，那么向ThreadLocal寫入的數(shù)據(jù)自然很不容易被注銷掉，這些可能在我們使用某些開源框架的時(shí)候無意中被隱藏用到，都有可能會(huì)導(dǎo)致問題，最后發(fā)現(xiàn)OOM得時(shí)候數(shù)據(jù)竟然來自ThreadLocalMap中，還不知道這些數(shù)據(jù)是從哪里設(shè)置進(jìn)去的，所以你應(yīng)當(dāng)注意這個(gè)坑，可能不止一個(gè)人掉進(jìn)這個(gè)坑里去過。