實例解析Java中的synchronized關鍵字與執行緒安全問題

首先來回顧synchronized的基本使用：

synchronized代碼塊，被修飾的代碼成為同步語句塊，其作用的範圍是調用這個代碼塊的對象，我們在用synchronized關鍵字的時候，能縮小代碼段的範圍就盡量縮小，能在程式碼段上加同步就不要再整個方法上加同步。這叫做減小鎖的粒度，使程式碼更大程度的並發。

synchronized方法，被修飾的方法成為同步方法，其作用範圍是整個方法，作用物件是呼叫這個方法的物件。

synchronized靜態方法，修飾一個static靜態方法，其作用範圍是整個靜態方法，作用物件是這個類別的所有物件。

synchronized類，其作用範圍是Synchronized後面括號括起來的部分synchronized(className.class)，作用的物件是這個類別的所有物件。

synchronized()  ()中是鎖住的對象， synchronized(this)鎖住的只是對象本身，同一個類別的不同對象調用的synchronized方法並不會被鎖住，而synchronized(className.class)實現了全域鎖的功能，所有這個類別的物件都呼叫這個方法都受到鎖的影響，此外()還可以加入一個特定的對象，實作給具體物件加鎖。

synchronized (object) {
 //在同步代码块中对对象进行操作 
}

synchronized關鍵字與線程安全
以為用了synchronized關鍵字包住了程式碼就可以線程同步安全了。測試了下。發現是完全的錯了。 synchronized必須正確的使用才是真正的線程安全。 。 。雖然知道這種寫法，一直以為卻因為懶而用了錯誤的方法。
看來基礎還沒打好。仍需複習加強！工作上犯這種錯誤是不可原諒的，要知道使用synchronized關鍵字的地方都是資料敏感的！汗一把。 。 。
先貼代號：

package com; 
  
public class ThreadTest { 
 public static void main(String[] args) { 
  MyThread m1 = new MyThread(1); 
  MyThread m2 = new MyThread(2); 
  m1.start(); 
  m2.start(); 
 } 
} 
  
final class MyThread extends Thread { 
 private int val; 
  
 public MyThread(int v) { 
  val = v; 
 } 
 //这种做法其实是非线程安全的 
 public synchronized void print1(int v) { 
  for (int i = 0; i < 100; i++) { 
   System.out.print(v); 
  } 
 } 
  
 public void print2(int v) { 
  //线程安全 
  synchronized (MyThread.class) { 
   for (int i = 0; i < 100; i++) { 
    System.out.print(v); 
   } 
  } 
 } 
  
 public void run() { 
  print1(val); 
  // print2(val); 
 } 
}

還是為了偷懶，汗一把。 。 。程式設計師總是懶的吧。能少寫就少寫。我把MyThread寫成了一個匿名的最終的內部類，方便呼叫。它用了最直接的繼承Thread來實作一個執行緒類，定義需要運行的run()方法。
先註解了print2()方法，看看print1()的結果如何。 print1()是一個使用了synchronized關鍵字定義的方法，我一直以為這樣也可以實現線程安全。殊不知，我錯了。
我們來直接運行main()方法。控制台列印結果如下：

1212111121212121212121212121212121212121222222212121212。。。

是一連串1和2交叉列印的結果。而我main方法中是先運行m1再運行m2的，顯示沒有做到執行緒同步！

MyThread m1 = new MyThread(1); 
MyThread m2 = new MyThread(2); 
m1.start(); 
m2.start();

接下來我們註解掉run方法中的print1()，運行print2()；
控制台印如下：

11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111112222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222

線程果然是安全了，一直以為也知道這種寫法，但由於這種寫法代碼稍微多點就沒怎麼考慮，今天才意識到這種錯誤。看來有時候不懶還是有好處的。打好基礎很重要。糾正的長期以來的一個錯誤。

下面我們來看看具體原因。

synchronized關鍵字可以作為函數的修飾符，也可作為函數內的語句，也就是平常說的同步方法和同步語句塊。如果再細的分類，synchronized可作用於instance變數、object reference（物件參考）、static函數和class literals(類別名稱字面常數)身上。
在進一步闡述之前，我們需要先明確幾點：
A．無論synchronized關鍵字加在方法上或對像上，它所取得的鎖都是對象，而不是把一段程式碼或函式當作鎖――而且同步方法很可能還會被其他執行緒的對象存取。
B．每個物件只有一個鎖（lock）與之相關聯。
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。
接著來討論synchronized用到不同地方對程式碼產生的影響：
假設P1、P2是同一個類別的不同對象，這個類別中定義了以下幾種情況的​​同步區塊或同步方法，P1、P2就都可以調用它們。
1． 把synchronized當作函數修飾符時，範例程式碼如下：

Public synchronized void methodAAA() 
{ 
//…. 
}

這也就是同步方法，那這時synchronized鎖定的是哪個物件呢？它鎖定的是呼叫這個同步方法物件。也就是說，當一個物件P1在不同的執行緒中執行這個同步方法時，它們之間會形成互斥，達到同步的效果。但是這個物件所屬的Class所產生的另一物件P2卻可以任意呼叫這個被加了synchronized關鍵字的方法。
上邊的範例程式碼等同於下列程式碼：

public void methodAAA() 
{ 
synchronized (this) // (1) 
{ 
//….. 
} 
}

(1)處的this指的是什麼呢？它指的就是呼叫這個方法的對象，如P1。可見同步方法實質是將synchronized作用於object reference。 ――那個拿到了P1物件鎖的線程，才可以呼叫P1的同步方法，而對P2而言，P1這個鎖與它毫不相干，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．同步區塊，範例程式碼如下：

public void method3(SomeObject so) 
{ 
synchronized(so) 
{ 
//….. 
} 
}

这时，锁就是so这个对象，谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。当有一个明确的对象作为锁时，就可以这样写程序，但当没有明确的对象作为锁，只是想让一段代码同步时，可以创建一个特殊的instance变量（它得是一个对象）来充当锁：

class Foo implements Runnable 
{ 
private byte[] lock = new byte[0]; // 特殊的instance变量 
Public void methodA() 
{ 
synchronized(lock) { //… } 
} 
//….. 
}

注：零长度的byte数组对象创建起来将比任何对象都经济――查看编译后的字节码：生成零长度的byte[]对象只需3条操作码，而Object lock = new Object()则需要7行操作码。
3．将synchronized作用于static 函数，示例代码如下：

Class Foo 
{ 
public synchronized static void methodAAA() // 同步的static 函数 
{ 
//…. 
} 
public void methodBBB() 
{ 
synchronized(Foo.class) // class literal(类名称字面常量) 
} 
}

代码中的methodBBB()方法是把class literal作为锁的情况，它和同步的static函数产生的效果是一样的，取得的锁很特别，是当前调用这个方法的对象所属的类（Class，而不再是由这个Class产生的某个具体对象了）。
记得在《Effective Java》一书中看到过将 Foo.class和 P1.getClass()用于作同步锁还不一样，不能用P1.getClass()来达到锁这个Class的目的。P1指的是由Foo类产生的对象。
可以推断：如果一个类中定义了一个synchronized的static函数A，也定义了一个synchronized 的instance函数B，那么这个类的同一对象Obj在多线程中分别访问A和B两个方法时，不会构成同步，因为它们的锁都不一样。A方法的锁是Obj这个对象，而B的锁是Obj所属的那个Class。
小结如下：
搞清楚synchronized锁定的是哪个对象，就能帮助我们设计更安全的多线程程序。
还有一些技巧可以让我们对共享资源的同步访问更加安全：
1．定义private 的instance变量+它的 get方法，而不要定义public/protected的instance变量。如果将变量定义为public，对象在外界可以绕过同步方法的控制而直接取得它，并改动它。这也是JavaBean的标准实现方式之一。
2．如果instance变量是一个对象，如数组或ArrayList什么的，那上述方法仍然不安全，因为当外界对象通过get方法拿到这个instance对象的引用后，又将其指向另一个对象，那么这个private变量也就变了，岂不是很危险。这个时候就需要将get方法也加上synchronized同步，并且，只返回这个private对象的clone()――这样，调用端得到的就是对象副本的引用了。

总结一些synchronized注意事项：

当两个并发线程访问同一个对象中的synchronized代码块时，在同一时刻只能有一个线程得到执行，另一个线程受阻塞，必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。两个线程间是互斥的，因为在执行synchronized代码块时会锁定当前的对象，只有执行完该代码块才能释放该对象锁，下一个线程才能执行并锁定该对象。

当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该object中的非synchronized(this)同步代码块。(两个线程使用的是同一个对象)

当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，其他线程对object中所有其它synchronized(this)同步代码块的访问将被阻塞(同上，两个线程使用的是同一个对象)。

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