java synchronized 同步机制解析

在Java 5以前，是用synchronized关键字来实现锁的功能。

synchronized关键字可以作为方法的修饰符（同步方法），也可作用于函数内的语句（同步代码块）。

掌握synchronized，关键是要掌握把那个东西作为锁。对于类的非静态方法（成员方法）而言，意味着要取得对象实例的锁；对于类的静态方法（类方法）而言，要取得类的Class对象的锁；对于同步代码块，要指定取得的是哪个对象的锁。同步非静态方法可以视为包含整个方法的synchronized(this) { … }代码块。

不管是同步代码块还是同步方法，每次只有一个线程可以进入（在同一时刻最多只有一个线程执行该段代码。），如果其他线程试图进入（不管是同一同步块还是不同的同步块），jvm会将它们挂起（放入到等锁池中）。这种结构在并发理论中称为临界区（critical section）。

在jvm内部，为了提高效率，同时运行的每个线程都会有它正在处理的数据的缓存副本，当我们使用synchronzied进行同步的时候，真正被同步的是在不同线程中表示被锁定对象的内存块（副本数据会保持和主内存的同步，现在知道为什么要用同步这个词汇了吧），简单的说就是在同步块或同步方法执行完后，对被锁定的对象做的任何修改要在释放锁之前写回到主内存中；在进入同步块得到锁之后，被锁定对象的数据是从主内存中读出来的，持有锁的线程的数据副本一定和主内存中的数据视图是同步的。

下面举具体的例子来说明synchronized的各种情况。

两个线程同时访问一个对象的同步方法

当两个并发线程访问同一个对象的同步方法时，只能有一个线程得到执行。另一个线程必须等待当前线程执行完这个以后才能执行。

public class TwoThread {
    public static void main(String[] args) {
        final TwoThread twoThread = new TwoThread();

        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                twoThread.syncMethod();
            }
        }, "A");
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                twoThread.syncMethod();
            }
        }, "B");

        t1.start();
        t2.start();
    }

    public synchronized void syncMethod() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

}

输出结果：

A : 0
A : 1
A : 2
A : 3
A : 4
B : 0
B : 1
B : 2
B : 3
B : 4

两个线程访问的是两个对象的同步方法

这种情况下，synchronized不起作用，跟普通的方法一样。因为对应的锁是各自的对象。

public class TwoObject {
    public static void main(String[] args) {
        final TwoObject object1 = new TwoObject();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                object1.syncMethod();
            }
        }, "Object1");
        t1.start();

        final TwoObject object2 = new TwoObject();
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                object2.syncMethod();
            }
        }, "Object2");
        t2.start();
    }

    public synchronized void syncMethod() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

}

其中一种可能的输出结果：

Object2 : 0
Object1 : 0
Object1 : 1
Object2 : 1
Object2 : 2
Object1 : 2
Object2 : 3
Object1 : 3
Object1 : 4
Object2 : 4

两个线程访问的是synchronized的静态方法

这种情况，由于锁住的是Class，在任何时候，该静态方法只有一个线程可以执行。

同时访问同步方法与非同步方法

当一个线程访问对象的一个同步方法时，另一个线程仍然可以访问该对象中的非同步方法。

public class SyncAndNoSync {
    public static void main(String[] args) {
        final SyncAndNoSync syncAndNoSync = new SyncAndNoSync();

        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                syncAndNoSync.syncMethod();
            }
        }, "A");
        t1.start();

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                syncAndNoSync.noSyncMethod();
            }
        }, "B");
        t2.start();
    }

    public synchronized void syncMethod() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " at syncMethod(): " + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

    public void noSyncMethod() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " at noSyncMethod(): " + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

}

一种可能的输出结果：

B at noSyncMethod(): 0
A at syncMethod(): 0
B at noSyncMethod(): 1
A at syncMethod(): 1
B at noSyncMethod(): 2
A at syncMethod(): 2
B at noSyncMethod(): 3
A at syncMethod(): 3
A at syncMethod(): 4
B at noSyncMethod(): 4

访问同一个对象的不同同步方法

当一个线程访问一个对象的同步方法A时，其他线程对该对象中所有其它同步方法的访问将被阻塞。因为第一个线程已经获得了对象锁，其他线程得不到锁，则虽然是访问不同的方法，但是没有获得锁，也无法访问。

public class TwoSyncMethod {
    public static void main(String[] args) {
        final TwoSyncMethod twoSyncMethod = new TwoSyncMethod();

        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                twoSyncMethod.syncMethod1();
            }
        }, "A");
        t1.start();

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                twoSyncMethod.syncMethod2();
            }
        }, "B");
        t2.start();
    }

    public synchronized void syncMethod1() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " at syncMethod1(): " + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

    public synchronized void syncMethod2() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " at syncMethod2(): " + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

}