java synchronized 详解 (-)

实际上，我关于java的基础知识的90%以上都来自Thinking in Java。对于其中的synchronized关键字，
当时就是浏览一下，大概知道意思，也没有细看。后来一直没有用过这个关键字。
昨天看Thinking in Patterns with Java中的Observer模式，
看了其中的Observable类的源码，发现里面几乎所有的方法都用了synchronized关键字（不是全部），
其中个别用了synchronized(this){}的区块。于是，我发觉有必要好好理解一下这个关键字了。

我再次看了侯捷译的Thinking in Java第二版中文版，得到有关synchronized的如下信息：

1、synchronized关键字的作用域有二种：
1） 是某个对象实例内，synchronized aMethod(){}可以防止多个线程同时访问这个对象的synchronized方法
（如果一个对象有多个synchronized方法，只要一个线程访问了其中的一个synchronized方法，其它线程不
能同时访问这个对象中任何一个synchronized方法）。这时，不同的对象实例的synchronized方法是不相干扰的。
也就是说，其它线程照样可以同时访问相同类的另一个对象实例中的synchronized方法；
2） 是某个类的范围，synchronized static aStaticMethod{}防止多个线程同时访问这个类中的synchronized static 方法。
它可以对类的所有对象实例起作用。

2、除了方法前用synchronized关键字，synchronized关键字还可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。
用法是: synchronized(this){/*区块*/}，它的作用域是当前对象；

3、synchronized关键字是不能继承的，也就是说，基类的方法synchronized f(){} 在继承类中并不自动是synchronized f(){}，
而是变成了f(){}。继承类需要你显式的指定它的某个方法为synchronized方法；

4、疑问：
我知道了有static区块（其中的加载时机好像也不清楚，需要学习一下，原来看Thinking in Java好像是说: static区块加载的时机
是类的一个对象实例创建或类的一个static方法被访问，但是我今天早上看了iteye.com上面的一个关于“<static块到底什么时候执行？
-eway -JavaEye技术社区>”的文章后又有点迷糊了：），也许，需要认真学习一下JVM的内在机制才是理解这类问题最根本的途径），
也有synchronized区块，那么，有synchronized static 区块吗？意思是问：有没有一个类作用域内的synchronized区块？

今天，写了下面这个例子验证了上面有没有一个类范围的synchronized 或 synchronized static 块，结论是没有这样的块。也就是，对整个
类范围的某块资源实行synchronized，唯一的方法是用：synchronized static方法，像这样：synchronized static void ff()
{/*your code here*/} （littlebat后注：2007.2.13， 在朋友V.C的帮助下，终于知道在类的一个方法中，可以存在整个类范围内的
synchronized区块，像这样： synchronized (TestSynchronized.class) {/*some code*/}，详情见后 ）

全部的例子如下，如果我的例子和想法有任何不当的地方，还希望看见的朋友指点一下。谢谢。

例程： TestSynchronized.java
public class TestSynchronized {

static{
System.out.println("Step 1: a static block in class scope.");
}

static void f(){
System.out.println("Step 2: a static method f() in class scope.");
}

synchronized static void ff(){ //The only way of synchronized a part in class scope.
System.out.println("Step 3: a synchronized static method ff() in class scope.");
}

/*//No any synchronized block in class scope!
synchronized {
System.out.println("A synchronized block in class scope.");
}
*/

/*//No any synchronized static block in class scope!
synchronized static {
System.out.println("A synchronized static block in class scope.");
}
*/

void fff(){
synchronized(this){
System.out.println("Step 4: a synchronized block in method fff() in object scope.");
}
}

synchronized void ffff(){
System.out.println("Step 5: a synchronized method ffff() in object scope.");
}

public static void main(String[] args) {

TestSynchronized.f();
TestSynchronized.ff();
(new TestSynchronized()).fff();
(new TestSynchronized()).ffff();

}

}

运行结果：
Step 1: a static block in class scope.
Step 2: a static method f() in class scope.
Step 3: a synchronized static method ff() in class scope.
Step 4: a synchronized block in method fff() in object scope.
Step 5: a synchronized method ffff() in object scope.

The format below can implement synchronizing in Class scope:

synchronized (TestSynchronized.Class) {
}


Yes, I can get synchronized block in a method in class scope
(Note: TestSynchronized.class isn't TestSynchronized.Class):

void fffff(){
synchronized (TestSynchronized.class) {
System.out.println("Step 6: a synchronized block in method fffff() in class scope.");
}
}


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对synchronized(this)的一些理解 :
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synchronized 关键字，它包括两种用法：synchronized 方法和 synchronized 块。
1. synchronized 方法

通过在方法声明中加入 synchronized关键字来声明 synchronized 方法。如：

public synchronized void accessVal(int newVal);
synchronized 方法控制对类成员变量的访问：每个类实例对应一把锁，每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的类实例的锁方能执行，
否则所属线程阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到从该方法返回时才将锁释放，此后被阻塞的线程方能获得该锁，重新进入可执行状态。
这种机制确保了同一时刻对于每一个类实例，其所有声明为 synchronized 的成员函数中至多只有一个处于可执行状态（因为至多只有一个能够
获得该类实例对应的锁），从而有效避免了类成员变量的访问冲突（只要所有可能访问类成员变量的方法均被声明为 synchronized）。
在 Java 中，不光是类实例，每一个类也对应一把锁，这样我们也可将类的静态成员函数声明为 synchronized ，以控制其对类的静态成员变量的
访问。
synchronized 方法的缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率，典型地，若将线程类的方法 run() 声明为
synchronized ，由于在线程的整个生命期内它一直在运行，因此将导致它对本类任何 synchronized 方法的调用都永远不会成功。当然我们可以
通过将访问类成员变量的代码放到专门的方法中，将其声明为 synchronized ，并在主方法中调用来解决这一问题，但是 Java 为我们提供了更好
的解决办法，那就是 synchronized 块。

2. synchronized 块

通过 synchronized关键字来声明synchronized 块。语法如下：
synchronized(syncObject) {
//允许访问控制的代码
}
synchronized 块是这样一个代码块，其中的代码必须获得对象 syncObject （如前所述，可以是类实例或类）的锁方能执行，具体机制同前所述。
由于可以针对任意代码块，且可任意指定上锁的对象，故灵活性较高。


一、当两个并发线程访问同一个对象object中的这个synchronized(this)同步代码块时，一个时间内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代码块以后才能执行该代码块。

二、然而，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。

三、尤其关键的是，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。

四、第三个例子同样适用其它同步代码块。也就是说，当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，
它就获得了这个object的对象锁。结果，其它线程对该object对象所有同步代码部分的访问都被暂时阻塞。

五、以上规则对其它对象锁同样适用.

举例说明：

一、当两个并发线程访问同一个对象object中的这个synchronized(this)同步代码块时，一个时间内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代码块以后才能执行该代码块。
package ths;

public class Thread1 implements Runnable {
public void run() {
synchronized(this) {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synchronized loop " + i);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Thread1 t1 = new Thread1();
Thread ta = new Thread(t1, "A");
Thread tb = new Thread(t1, "B");
ta.start();
tb.start();
}
}

结果：

A synchronized loop 0
A synchronized loop 1
A synchronized loop 2
A synchronized loop 3
A synchronized loop 4
B synchronized loop 0
B synchronized loop 1
B synchronized loop 2
B synchronized loop 3
B synchronized loop 4

二、然而，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。

package ths;

public class Thread2 {
public void m4t1() {
synchronized(this) {
int i = 5;
while( i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException ie) {
}
}
}
}
public void m4t2() {
int i = 5;
while( i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException ie) {
}
}
}
public static void main(String[] args) {
final Thread2 myt2 = new Thread2();
Thread t1 = new Thread(
new Runnable() {
public void run() {
myt2.m4t1();
}
}, "t1"
);
Thread t2 = new Thread(
new Runnable() {
public void run() {
myt2.m4t2();
}
}, "t2"
);
t1.start();
t2.start();
}
}

结果：

t1 : 4
t2 : 4
t1 : 3
t2 : 3
t1 : 2
t2 : 2
t1 : 1
t2 : 1
t1 : 0
t2 : 0

三、尤其关键的是，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。

//修改Thread2.m4t2()方法：

public void m4t2() {
synchronized(this) {
int i = 5;
while( i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
try {
Thread.sleep(500);

} catch (InterruptedException ie) {
}
}
}

}

结果：

t1 : 4
t1 : 3
t1 : 2
t1 : 1
t1 : 0
t2 : 4
t2 : 3
t2 : 2
t2 : 1
t2 : 0

四、第三个例子同样适用其它同步代码块。也就是说，当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，
它就获得了这个object的对象锁。结果，其它线程对该object对象所有同步代码部分的访问都被暂时阻塞。

//修改Thread2.m4t2()方法如下：

public synchronized void m4t2() {
int i = 5;
while( i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException ie) {
}
}
}

结果：

t1 : 4
t1 : 3
t1 : 2
t1 : 1
t1 : 0
t2 : 4
t2 : 3
t2 : 2
t2 : 1
t2 : 0

五、以上规则对其它对象锁同样适用:
package ths;

public class Thread3 {
class Inner {
private void m4t1() {
int i = 5;
while(i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : Inner.m4t1()=" + i);
try {
Thread.sleep(500);
} catch(InterruptedException ie) {
}
}
}
private void m4t2() {
int i = 5;
while(i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : Inner.m4t2()=" + i);
try {
Thread.sleep(500);
} catch(InterruptedException ie) {
}
}
}
}
private void m4t1(Inner inner) {
synchronized(inner) { //使用对象锁
inner.m4t1();
}
}
private void m4t2(Inner inner) {
inner.m4t2();
}
public static void main(String[] args) {
final Thread3 myt3 = new Thread3();
final Inner inner = myt3.new Inner();
Thread t1 = new Thread(
new Runnable() {
public void run() {
myt3.m4t1(inner);
}
}, "t1"
);
Thread t2 = new Thread(
new Runnable() {
public void run() {
myt3.m4t2(inner);
}
}, "t2"
);
t1.start();
t2.start();
}
}

结果：

尽管线程t1获得了对Inner的对象锁，但由于线程t2访问的是同一个Inner中的非同步部分。所以两个线程互不干扰。

t1 : Inner.m4t1()=4
t2 : Inner.m4t2()=4
t1 : Inner.m4t1()=3
t2 : Inner.m4t2()=3
t1 : Inner.m4t1()=2
t2 : Inner.m4t2()=2
t1 : Inner.m4t1()=1
t2 : Inner.m4t2()=1
t1 : Inner.m4t1()=0
t2 : Inner.m4t2()=0

现在在Inner.m4t2()前面加上synchronized：

private synchronized void m4t2() {
int i = 5;
while(i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : Inner.m4t2()=" + i);
try {
Thread.sleep(500);
} catch(InterruptedException ie) {
}
}
}

结果：

尽管线程t1与t2访问了同一个Inner对象中两个毫不相关的部分,但因为t1先获得了对Inner的对象锁，所以t2对Inner.m4t2()的访问也被阻塞，因为m4t2()是Inner中的一个同步方法。

t1 : Inner.m4t1()=4
t1 : Inner.m4t1()=3
t1 : Inner.m4t1()=2
t1 : Inner.m4t1()=1
t1 : Inner.m4t1()=0
t2 : Inner.m4t2()=4
t2 : Inner.m4t2()=3
t2 : Inner.m4t2()=2
t2 : Inner.m4t2()=1
t2 : Inner.m4t2()=0