Java的Synchronized關鍵字學習指南(全面 & 詳細)

Posted on by

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

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個線程執行 被Synchronized修飾的方法 / 代碼

其他線程 必須等待當前線程執行完該方法 / 代碼塊後才能執行該方法 / 代碼塊

3. 應用場景

保證線程安全，解決多線程中的並發同步問題（實現的是阻塞型並發），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用 & 當前實例對象修飾 靜態方法 / 代碼塊時，（同步）保護的是 靜態方法的調用 & class 類對象

4. 原理

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

監視器鎖（monitor）的本質 依賴於 底層操作系統的互斥鎖（Mutex Lock）實現

5. 具體使用

Synchronized 用於 修飾 代碼塊、類的實例方法 & 靜態方法

5.1 使用規則

示意圖

5.2 鎖的類型 & 等級 由於Synchronized 會修飾 代碼塊、類的實例方法 & 靜態方法，故分為不同鎖的類型具體如下

示意圖

之間的區別

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 特別註意

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 線程類的run()，由於run()在線程的整個生命期內一直在運行，因此將導致它對本類任何Synchronized方法的調用都永遠不會成功

解決方案

使用 Synchronized關鍵字聲明代碼塊

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 
 // 上述方法 必須 獲得對象 syncObject（類實例或類）的鎖
}

6. 特點

示意圖

註：原子性、可見性、有序性的定義

示意圖

7. 其他控制並發 / 線程同步方式

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，是一種解決並發操作的樂觀鎖

synchronized鎖住的代碼塊：同一時刻隻能由一個線程訪問，屬於悲觀鎖

7.2.2 原理

// CAS的操作參數
內存位置（A）
預期原值（B）
預期新值（C）

// 使用CAS解決並發的原理：
// 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. 通過死循環，以不斷嘗試嘗試更新的方式實現並發

// 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 優點

資源耗費少：相對於synchronized，省去瞭掛起線程、恢復線程的開銷

但，若遲遲得不到更新，死循環對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++通過調用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++直接獲取到屬性的內存地址
// 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 & 一個死循環實現

而compareAndSet函數內部 = 通過jni操作CAS指令。直到CAS操作成功跳出循環

 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; 
  } 
 }

8. 總結

本文主要對Java中常被忽略 但 非常重要的關鍵字Synchronized進行講解

到此這篇關於Java的Synchronized關鍵字學習指南的文章就介紹到這瞭,更多相關Java的Synchronized關鍵字內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

推薦閱讀：