（十三）synchronized用法，四种锁范围

HaC

发布于 2020-12-30 17:58:12

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发布于 2020-12-30 17:58:12

文章被收录于专栏：HaC的技术专栏

《深入理解Java虚拟机》一句话：

当多个线程访问同一个对象时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替运行，也不需要进行额外的同步，或者在调用方进行任何其他的协调操作，调用这个对象的行为都可以获取正确的结果，那这个对象是线程安全的。

1. 开篇

内存分为主内存和工作内存，每个线程都有自己的工作内存，如何和主内存的数据同步，产生的数据不一致性，就是我们常说的线程安全，这就需要我们去了解Java内存模型了。

借用一张图：

如图为JMM抽象示意图，线程A和线程B之间要完成通信的话，要经历如下两步：

线程A从主内存中将共享变量读入线程A的工作内存后并进行操作，之后将数据重新写回到主内存中；
线程B从主存中读取最新的共享变量。

2. 作用

synchronized的字面意思，是同步的意思。

在多线程访问某行代码的时候，synchronized可以用来控制线程的同步，简单的说就是控制synchronized代码段不被多个线程同时执行，使其有序执行。

3. 用法

synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种：

修饰范围	作用范围
代码块	大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象
方法	整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象
静态方法	整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象
类	synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象

借用一张图更好的理解：

上demo：

demo1 ——synchronized

public class TestDemoSynchronized implements Runnable {
    private Integer y = 0;

    private void setNumber() {
        y++;
    }

    private int getNumber() {
        return y;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            synchronized (y) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                setNumber();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i + "  --->>>" + getNumber());
            }
        }
    }
}

class TestDemo extends Thread {
    TestDemo(Runnable runnable, String name) {
        super(runnable, name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestDemoSynchronized testDemoSynchronizedfor = new TestDemoSynchronized();
        for (int i = 1; i <= 2; i++) {
            TestDemo testDemofor = new TestDemo(testDemoSynchronizedfor, "Thread" + i);
            testDemofor.start();
        }

    }
}

Thread1 : 1  --->>>1
Thread2 : 1  --->>>2
Thread1 : 2  --->>>2
Thread2 : 2  --->>>3
Thread1 : 3  --->>>4
Thread2 : 3  --->>>4
Thread1 : 4  --->>>5
Thread2 : 4  --->>>6
Thread1 : 5  --->>>7
Thread2 : 5  --->>>8

所以虽然对象y 被synchronized住了，但是 y 的对象本身发生了改变，简而言之，两个线程在进行不同的操作时锁定的不是同一个对象。（这里并不是原子性问题）

demo2：

private volatile static Integer y = 0;

对 y 加上 volatile ，结果：

Thread1 : 1  --->>>1
Thread2 : 1  --->>>2
Thread1 : 2  --->>>2
Thread2 : 2  --->>>3
Thread1 : 3  --->>>4
Thread2 : 3  --->>>5
Thread2 : 4  --->>>7
Thread1 : 4  --->>>7
Thread2 : 5  --->>>8
Thread1 : 5  --->>>9

因为volatile不能保证原子性。导致最后的结果错误。

下一篇文章再详细讲一下这个volatile的用法。

demo3 ——synchronized（this）、synchronized（class）

synchronized (this) 锁住this对象，即Object

public class TestDemoSynchronized implements Runnable {
    private Integer y = 0;

    private void setNumber() {
        y++;
    }

    private int getNumber() {
        return y;
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (this) {
             for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                setNumber();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i + "  --->>>" + getNumber());
            }
        }
    }
}

class TestDemo extends Thread {
    TestDemo(Runnable runnable, String name) {
        super(runnable, name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestDemoSynchronized testDemoSynchronizedfor = new TestDemoSynchronized();
        for (int i = 1; i <= 2; i++) {
            TestDemo testDemofor = new TestDemo(testDemoSynchronizedfor, "Thread" + i);
            testDemofor.start();
        }

    }
}

结果：

Thread2 : 1  --->>>1
Thread2 : 2  --->>>2
Thread2 : 3  --->>>3
Thread2 : 4  --->>>4
Thread2 : 5  --->>>5
Thread1 : 1  --->>>6
Thread1 : 2  --->>>7
Thread1 : 3  --->>>8
Thread1 : 4  --->>>9
Thread1 : 5  --->>>10

因为第一个线程进入的时候，会拿到整个对象的锁，执行完5次循环才会释放锁。 Thread2先进入，拿到对象锁testDemoSynchronizedfor，Thread1发现自己也是testDemoSynchronizedfor，但是被Thread2先进入锁住了，只能等待。

看看synchronized (TestDemoSynchronized.class) 会怎么样：

public class TestDemoSynchronized implements Runnable {
    private Integer y = 0;

    private void setNumber() {
        y++;
    }

    private int getNumber() {
        return y;
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (TestDemoSynchronized.class) {
            for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                setNumber();
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i + "  --->>>" + getNumber());
            }
        }
    }
}

class TestDemo extends Thread {
    TestDemo(Runnable runnable, String name) {
        super(runnable, name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestDemoSynchronized testDemoSynchronizedfor = new TestDemoSynchronized();
        for (int i = 1; i <= 2; i++) {
            TestDemo testDemofor = new TestDemo(testDemoSynchronizedfor, "Thread" + i);
            testDemofor.start();
        }
    }
}

结果：

Thread1 : 1  --->>>1
Thread1 : 2  --->>>2
Thread1 : 3  --->>>3
Thread1 : 4  --->>>4
Thread1 : 5  --->>>5
Thread2 : 1  --->>>6
Thread2 : 2  --->>>7
Thread2 : 3  --->>>8
Thread2 : 4  --->>>9
Thread2 : 5  --->>>10

拿到的是类所有对象的锁，自然也锁住了。类锁实际上是通过对象锁实现的，即类的 Class 对象锁。每个类只有一个 Class 对象，所以每个类只有一个类锁。

有人可能会问，为什么y的自增又正确了呢？因为线程拿到的是整个对象，setNumber 也在synchronized里面，而且最重要的一点是：synchronize是能保证原子性。（即setNumber()方法的 y++）

再看看下面的例子：

demo4——只锁一部分，不锁原子部分

public class TestDemoSynchronized implements Runnable {
    private volatile static Integer y = 0; //volatile也没有用

    private void setNumber() {
        y++;
    }

    private int getNumber() {
        return y;
    }

    @Override
    public void run() {
        setNumber();  //把这个方法放外面
        synchronized (this) {
            for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            try {
                Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i + "  --->>>" + getNumber());
            }
        }
    }
}

class TestDemo extends Thread {
    TestDemo(Runnable runnable, String name) {
        super(runnable, name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestDemoSynchronized testDemoSynchronizedfor = new TestDemoSynchronized();
        for (int i = 1; i <= 2; i++) {
            TestDemo testDemofor = new TestDemo(testDemoSynchronizedfor, "Thread" + i);
            testDemofor.start();
        }

    }
}

结果

Thread2 : 1  --->>>2
Thread2 : 2  --->>>3
Thread2 : 3  --->>>4
Thread2 : 4  --->>>5
Thread2 : 5  --->>>6
Thread1 : 1  --->>>6
Thread1 : 2  --->>>7
Thread1 : 3  --->>>8
Thread1 : 4  --->>>9
Thread1 : 5  --->>>10

setNumber()不使用锁，当两个线程进入的时候就会异步执行这个方法，导致y错误；但是for循环还是加锁的，2个线程只能同步执行。

demo5

public class TestDemoSynchronized implements Runnable {
    private volatile static Integer y = 0;

    private void setNumber() {
        y++;
    }

    private int getNumber() {
        return y;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 5; i++) { //位置换了
            synchronized (this) { //位置换了
                setNumber();
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i + "  --->>>" + getNumber());
            }
        }
    }
}

class TestDemo extends Thread {
    TestDemo(Runnable runnable, String name) {
        super(runnable, name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestDemoSynchronized testDemoSynchronizedfor = new TestDemoSynchronized();
        for (int i = 1; i <= 2; i++) {
            TestDemo testDemofor = new TestDemo(testDemoSynchronizedfor, "Thread" + i);
            testDemofor.start();
        }
    }
}

结果

Thread1 : 1  --->>>1
Thread1 : 2  --->>>2
Thread1 : 3  --->>>3
Thread1 : 4  --->>>4
Thread2 : 1  --->>>5
Thread2 : 2  --->>>6
Thread2 : 3  --->>>7
Thread2 : 4  --->>>8
Thread2 : 5  --->>>9
Thread1 : 5  --->>>10  //注意

同步进入for里面的{}，但是synchronized并没有锁住for，所以在运行的时候，线程不一定是同步的。

demo6——synchronized（this）、synchronized（class）、synchronized（object）

public class TestDemoSynchronized implements Runnable {
    public Integer y = 0;
    public Integer x = new Integer(1);
    public Integer z = 200;
    public Integer k = 100;

    public void setNumber() {
        y++;
    }

    public int getNumber() {
        return y;
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (TestDemoSynchronized.class) { //能
//        synchronized (this) { //不能
//        synchronized (x) {  //不能，x 在堆， 1 在常量池，两个对象拥有的x 不一样，可以进入
//        synchronized (z) {  //不能 //-128-127 之间，还是同一个对象，否则会Intger创建一个新对象
//        synchronized (k) { //能，x 此时在常量池，常量池是线程共享的，
            for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                setNumber();
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i + "  --->>> " + getNumber());
            }
        }
    }
}

class TestDemo extends Thread {
    TestDemo(Runnable runnable, String name) {
        super(runnable, name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestDemoSynchronized testDemoSynchronizedfor = new TestDemoSynchronized();
        TestDemoSynchronized testDemoSynchronizedfor2 = new TestDemoSynchronized();
    
        TestDemo testDemo =new TestDemo(testDemoSynchronizedfor,"Thread1");
        TestDemo testDemo2 =new TestDemo(testDemoSynchronizedfor2,"Thread2");

        testDemo.start();
        testDemo2.start();

    }
}

输出：

Thread1 : 1  --->>> 1
Thread1 : 2  --->>> 2
Thread1 : 3  --->>> 3
Thread1 : 4  --->>> 4
Thread1 : 5  --->>> 5
Thread2 : 1  --->>> 1
Thread2 : 2  --->>> 2
Thread2 : 3  --->>> 3
Thread2 : 4  --->>> 4
Thread2 : 5  --->>> 5

注意这个demo是创建两个不同的对象 testDemoSynchronizedfor、testDemoSynchronizedfor2 可以使用 synchronized (TestDemoSynchronized.class) 去同步，可以和demo3 比较一下。

如果把同步块换成 synchronized (this)、synchronized (x) 就不能同步了。 synchronized (z) 、synchronized (k) 的话因为这个 Integer在 [-128, 127] 之间时，会拆箱放在常量池，常量池是线程共享的，所以两个不同的TestDemoSynchronized 对象去创建 Integer(100) 会先判断常量池是否有100，有就不会创建，直接返回该对象；如果不在 [-128, 127]，Integer会直接在堆创建一个对象，这时候两个TestDemoSynchronized对象就互不影响了。

建议尝试一下这个demo6。

参考：

https://blog.csdn.net/mockingbirds/article/details/51336105

https://blog.csdn.net/ya_1249463314/article/details/52571505

https://www.cnblogs.com/hgnulb/p/9942486.html

https://juejin.im/post/594a24defe88c2006aa01f1c#heading-0

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。

原始发表：2020/07/26 ，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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