Java對多線(xiàn)程的支持與同步機制深受大家的喜愛(ài),似乎看起來(lái)使用了synchronized關(guān)鍵字就可以輕松地解決多線(xiàn)程共享數據同步問(wèn)題。到底如何?――還得對synchronized關(guān)鍵字的作用進(jìn)行深入了解才可定論。
總的說(shuō)來(lái),synchronized關(guān)鍵字可以作為函數的修飾符,也可作為函數內的語(yǔ)句,也就是平時(shí)說(shuō)的同步方法和同步語(yǔ)句塊。如果再細的分類(lèi),synchronized可作用于instance變量、object reference(對象引用)、static函數和class literals(類(lèi)名稱(chēng)字面常量)身上。
在進(jìn)一步闡述之前,我們需要明確幾點(diǎn):
A.無(wú)論synchronized關(guān)鍵字加在方法上還是對象上,它取得的鎖都是對象,而不是把一段代碼或函數當作鎖――而且同步方法很可能還會(huì )被其他線(xiàn)程的對象訪(fǎng)問(wèn)。
B.每個(gè)對象只有一個(gè)鎖(lock)與之相關(guān)聯(lián)。
C.實(shí)現同步是要很大的系統開(kāi)銷(xiāo)作為代價(jià)的,甚至可能造成死鎖,所以盡量避免無(wú)謂的同步控制。
接著(zhù)來(lái)討論synchronized用到不同地方對代碼產(chǎn)生的影響:
假設P1、P2是同一個(gè)類(lèi)的不同對象,這個(gè)類(lèi)中定義了以下幾種情況的同步塊或同步方法,P1、P2就都可以調用它們。
1. 把synchronized當作函數修飾符時(shí),示例代碼如下:
Public synchronized void methodAAA()
{
//….
}
這也就是同步方法,那這時(shí)synchronized鎖定的是哪個(gè)對象呢?它鎖定的是調用這個(gè)同步方法對象。也就是說(shuō),當一個(gè)對象P1在不同的線(xiàn)程中執行這個(gè)同步方法時(shí),它們之間會(huì )形成互斥,達到同步的效果。但是這個(gè)對象所屬的Class所產(chǎn)生的另一對象P2卻可以任意調用這個(gè)被加了synchronized關(guān)鍵字的方法。
上邊的示例代碼等同于如下代碼:
public void methodAAA()
{
synchronized (this) // (1)
{
//…..
}
}
(1)處的this指的是什么呢?它指的就是調用這個(gè)方法的對象,如P1??梢?jiàn)同步方法實(shí)質(zhì)是將synchronized作用于object reference。――那個(gè)拿到了P1對象鎖的線(xiàn)程,才可以調用P1的同步方法,而對P2而言,P1這個(gè)鎖與它毫不相干,程序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.同步塊,示例代碼如下:
public void method3(SomeObject so)
{
synchronized(so)
{
//…..
}
}
這時(shí),鎖就是so這個(gè)對象,誰(shuí)拿到這個(gè)鎖誰(shuí)就可以運行它所控制的那段代碼。當有一個(gè)明確的對象作為鎖時(shí),就可以這樣寫(xiě)程序,但當沒(méi)有明確的對象作為鎖,只是想讓一段代碼同步時(shí),可以創(chuàng )建一個(gè)特殊的instance變量(它得是一個(gè)對象)來(lái)充當鎖:
class Foo implements Runnable
{
private byte[] lock = new byte[0]; // 特殊的instance變量
Public void methodA()
{
synchronized(lock) { //… }
}
//…..
}
注:零長(cháng)度的byte數組對象創(chuàng )建起來(lái)將比任何對象都經(jīng)濟――查看編譯后的字節碼:生成零長(cháng)度的byte[]對象只需3條操作碼,而Object lock = new Object()則需要7行操作碼。
3.將synchronized作用于static 函數,示例代碼如下:
Class Foo
{
public synchronized static void methodAAA() // 同步的static 函數
{
//….
}
public void methodBBB()
{
synchronized(Foo.class) // class literal(類(lèi)名稱(chēng)字面常量)
}
}
代碼中的methodBBB()方法是把class literal作為鎖的情況,它和同步的static函數產(chǎn)生
的效果是一樣的,取得的鎖很特別,是當前調用這個(gè)方法的對象所屬的類(lèi)(Class,而不再是由這個(gè)Class產(chǎn)生的某個(gè)具體對象了)。 記得在《Effective Java》一書(shū)中看到過(guò)將 Foo.class和 P1.getClass()用于作同步鎖還不一樣,不能用P1.getClass()來(lái)達到鎖這個(gè)Class的目的。P1指的是由Foo類(lèi)產(chǎn)生的對象。
可以推斷:如果一個(gè)類(lèi)中定義了一個(gè)synchronized的static函數A,也定義了一個(gè)synchronized 的instance函數B,那么這個(gè)類(lèi)的同一對象Obj在多線(xiàn)程中分別訪(fǎng)問(wèn)A和B兩個(gè)方法時(shí),不會(huì )構成同步,因為它們的鎖都不一樣。A方法的鎖是Obj這個(gè)對象,而B(niǎo)的鎖是Obj所屬的那個(gè)Class。
小結如下:
搞清楚synchronized鎖定的是哪個(gè)對象,就能幫助我們設計更安全的多線(xiàn)程程序。
還有一些技巧可以讓我們對共享資源的同步訪(fǎng)問(wèn)更加安全:
1. 定義private 的instance變量+它的 get方法,而不要定義public/protected的instance變量。如果將變量定義為public,對象在外界可以繞過(guò)同步方法的控制而直接取得它,并改動(dòng)它。這也是JavaBean的標準實(shí)現方式之一。
2. 如果instance變量是一個(gè)對象,如數組或ArrayList什么的,那上述方法仍然不安全,因為當外界對象通過(guò)get方法拿到這個(gè)instance對象的引用后,又將其指向另一個(gè)對象,那么這個(gè)private變量也就變了,豈不是很危險。 這個(gè)時(shí)候就需要將get方法也加上synchronized同步,并且,只返回這個(gè)private對象的clone()――這樣,調用端得到的就是對象副本的引用了