你想10分钟吃透synchronized锁的各种用法和注意事项？今天它来了

2021-05-14 今日头条写BUG的程序袁

前言

在JAVA中，synchronized锁可能是我们最早接触的锁了，在 JDK1.5之前synchronized是一个重量级锁，相对于juc包中的Lock，synchronized显得比较笨重。庆幸的是在 Java 6 之后 Java 官方从 JVM 层对synchronized进行优化，所以现在的 synchronized 锁效率也优化得很不错。而本文则主要通过各种简单的demo来阐述synchronized锁的各种用法以及使用synchronized锁的相关注意事项。

一、 synchronized类锁

这里的synchronized类锁的作用范围是类级别的，它不会因为同一个类的不同对象执行而失效。

1、synchronized分别修饰同一个类的静态方法和当前类时互斥

public class SynchronizeAndClassLock2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Thread(() -> {
            // new了一个ClassLock2对象
            new ClassLock2().test1();
            // ClassLock2.test1();
        }).start();

        new Thread(() -> {
            // new了另一个ClassLock2对象
            new ClassLock2().test2();
            // ClassLock2.test2();
        }).start();
    }

}
class ClassLock2 {
    public synchronized static void test1(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }

    public static void test2(){
    	// 【注意】synchronized (SynchronizeAndClassLock2.class)不会互斥
        synchronized (ClassLock2.class) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }
}

运行结果：

【结论】两个线程同时分别执行一个被synchronized修饰static方法，一个有synchnized(该类)代码块的static方法，锁生效，虽然是不同对象，因为是两个线程使用的同一个类锁。反之如果是修饰的不同类，肯定不会互斥，因为类锁不同。例如将test2方法的synchronized (ClassLock2.class)这句改成synchronized (
SynchronizeAndClassLock2.class),这时候不会互斥。

2、synchronized修饰同一个类的两个静态方法时互斥

public class SynchronizeAndClassLock {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Thread(() -> {
            // new了一个ClassLock对象
            new ClassLock().test1();
        }).start();

        new Thread(() -> {
            // new了另一个ClassLock对象
            new ClassLock().test2();
        }).start();
    }

}
class ClassLock {
    public synchronized static void test1(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }
	// 【注意】public static void test2(){ 不会互斥，因为此时test2没有使用类锁。
    public synchronized static void test2(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }
}

运行结果：

【结论】两个线程分别同时执行同一个类产生的不同对象的两个不同 synchronized static方法，类锁生效，虽然是不同对象，因为两个线程使用的是同一个类锁。反之，如果test2方法没有synchronized修饰的话，即使只有test1方法被synchronized修饰，这时候两个方法也不会互斥，一个没有锁，一个有锁，所以自然不会互斥。

3、synchronized分别修饰同一个静态对象时互斥

public class SynchronizeAndClassLock10 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Thread(() -> {
            new RunObject1().test1();
        }).start();

        new Thread(() -> {
            new RunObject2().test2();
        }).start();
    }
}

class RunObject1 {
    public static void test1(){
    	// 【1】synchronized (StaticLock2.staticLock1) {
        synchronized (StaticLock2.staticLock) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }
}


class RunObject2 {
    public static void test2() {
    	// 【2】synchronized (StaticLock2.staticLock2) {
        synchronized (StaticLock2.staticLock) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }
}

class StaticLock2 {
    public static Object staticLock = new Object();
}

运行结果：

【结论】synchronized分别修饰同一个类的静态对象时互斥,反过来，如果是修饰不同的静态对象，肯定不会互斥，比如将上面代码中标【1】和【2】的synchronized代码结合使用。

二、synchronized对象锁

这里的synchronized对象锁的作用范围是对象级别的，也就是说只作用于同一个对象，如果是同一个类的两个不同的对象是不会互斥的，也就是是没有效果的。

1、synchronized修饰同一个类对象的两个非静态方法时互斥

public class SynchronizeAndClassLock10 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Thread(() -> {
            new RunObject1().test1();
        }).start();

        new Thread(() -> {
            new RunObject2().test2();
        }).start();
    }
}

class RunObject1 {
    public static void test1(){
    	// 【1】synchronized (StaticLock2.staticLock1) {
        synchronized (StaticLock2.staticLock) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }
}


class RunObject2 {
    public static void test2() {
    	// 【2】synchronized (StaticLock2.staticLock2) {
        synchronized (StaticLock2.staticLock) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }
}

class StaticLock2 {
    public static Object staticLock = new Object();
}

运行结果：

【结论】两个线程同时执行被synchronized修饰的相同对象的不同（相同）方法，锁生效，因为是相同的对象锁被两个线程使用。

2、synchronized分别修饰同一个类对象的非静态方法和当前对象时互斥

public class SynchronizeAndObjectLock3 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 【注意】当且仅当是同一个SynchronizeAndObjectLock3对象
        SynchronizeAndObjectLock3 synchronizeAndObjectLock3 = new SynchronizeAndObjectLock3();
        new Thread(() -> {
            synchronizeAndObjectLock3.test1();
        }).start();

        new Thread(() -> {
            synchronizeAndObjectLock3.test2();
        }).start();
    }
    public void test1(){
        synchronized(this) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }

    }

    public synchronized void test2(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }
}

运行结果：

【结论】snchronized修饰非静态方法与synchronized(this)互斥，所以，snchronized修饰非静态方法实质锁的是当前对象。

3、synchronized修饰不同对象的两个非静态方法时不会互斥

public class SynchronizeAndObjectLock {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Thread(() -> {
            // 这里new 了一个SynchronizeAndObjectLock对象
            new SynchronizeAndObjectLock().test1();
        }).start();

        new Thread(() -> {
            // 这里new 了另一个SynchronizeAndObjectLock对象
            new SynchronizeAndObjectLock().test2();
        }).start();
    }
    public synchronized void test1(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }

    public synchronized void test2(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }
}

运行结果：

【结论】两个线程同时执行被synchronized修饰的不同对象的不同（相同）方法，锁未生效，因为两个线程使用的是不同的对象锁。

4、synchronized代码块修饰同一个对象时互斥

public class SynchronizeAndObjectLock5 {
    private Object objectLock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        SynchronizeAndObjectLock5 synchronizeAndObjectLock5 = new SynchronizeAndObjectLock5();
        new Thread(() -> {
            synchronizeAndObjectLock5.test1();
        }).start();

        new Thread(() -> {
            synchronizeAndObjectLock5.test2();
        }).start();
    }
    public void test1(){
        synchronized(objectLock) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }

    }

    public void test2(){
        synchronized(objectLock) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }
}

运行结果：

【结论】synchronized代码块修饰同一个对象时互斥，如果synchronized代码块修饰的是不同对象，就不会互斥。

三、synchronized修饰当前类和当前对象时不会互斥

public class ClassAndObjectLock {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Thread(() -> {
            ClassAndObjectLock.test1();
        }).start();

        new Thread(() -> {
            new ClassAndObjectLock().test2();
        }).start();
    }
    public static void test1(){
        synchronized (ClassAndObjectLock.class) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }

    public void test2(){
        synchronized (this) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }
}

运行结果：

【结论】能够看到，类锁和对象锁互不相斥，因为是相互独立的。

四、synchronized锁注意事项

1、synchronized锁不带超时功能

synchronized锁是不带超时功能的，而ReentrantLock的tryLock具备带超时功能，在指定时间没获取到锁，这个线程就会苏醒，有助于预防死锁的产生。

2、唤醒/等待需要synchronized锁

public class NotifyNeedSynchronized {
    public static Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 抛出IllegalMonitorStateException
        //lock.notify();
        lock.wait();
    }
}

运行结果：

【结论】使用Object的wait和notify等方法时，必须要使用synchronized锁，否则会抛出
IllegalMonitorStateException。

3、synchronized锁不能被中断

首先为了模拟synchronized锁不可中断，我们先将这两个线程进入死锁，再用main线程中断其中一个线程，来看被中断的线程能不能释放锁并被唤醒。

public class DeadLockCannotInterruptDemo {
    private static Object lock1 = new Object();
    private static Object lock2 = new Object();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock1");
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                        synchronized (lock2) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock2");
                        }
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        });

        Thread threadB = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock2");
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                        synchronized (lock1) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock1");
                        }
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        });

        threadA.start();
        threadB.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        System.out.println("main thread begin to interrupt " + threadA.getName() + " and " + threadA.getName() + " will release lock1...");
        threadA.interrupt();
    }
}

运行结果：

【结论】如运行结果所示，在main线程中断Thread-0后，Thread-0并不会释放锁并醒过来。所以ReentrantLock的tryLock或lockInterruptibly也是可以被中断的。

5、synchronized锁可重入

相同方法，synchronized是可重入的

public class SynchronizeAndReentrant2 {
    int i = 1;
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SynchronizeAndReentrant2 synchronizeAndReentrant = new SynchronizeAndReentrant2();
        synchronizeAndReentrant.test1();
    }
    public synchronized void test1(){

        System.out.println(" test1 method is called " + i++ + "st time..." );
        while(i < 5) {
            test1();
        }
    }
}

运行结果：

不同方法，synchronized是可重入的

public class SynchronizeAndReentrant {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SynchronizeAndReentrant synchronizeAndReentrant = new SynchronizeAndReentrant();
        synchronizeAndReentrant.test1();
    }
    public synchronized void test1(){
        System.out.println(" test1 method is called...");
        test2();
    }

    public synchronized void test2(){
        System.out.println(" test2 method is called...");
    }
}

运行结果：

5、使用synchronized锁时需尽量缩小范围用来保证性能

使用synchronized锁时，我们需要尽量缩小锁的范围，去尽可能的提高性能。可以不锁方法就不要锁方法，建议尽量使用synchronized代码块去降低锁的范围。拿下面的一段netty源码为例：

// ServerBootstrap.java

public <T> ServerBootstrap childOption(ChannelOption<T> childOption, T value) {
    if (childOption == null) {
        throw new NullPointerException("childOption");
    }
    if (value == null) {
        synchronized (childOptions) {
            childOptions.remove(childOption);
        }
    } else {
        synchronized (childOptions) {
            childOptions.put(childOption, value);
        }
    }
    return this;
}

能够发现，找到并发访问代码的临界区，并不用synchronized锁全部代码，尽量避免使用synchronized来修饰方法。

五、总结

这篇文章通过demo简单梳理了下对synchronized的各种用法和注意事项，希望能够对你有所帮助，如果有哪里不对或者可以改进的地方也欢迎在评论区指正，记得点赞+关注支持一下哟，祝大家早日富可敌国！