Java線程同步機制詳解

      任何一個有經驗的軟件開發者都知道，對於多線程程序開發比較重要的一點，就是要注意線程間的同步安全問題，保證每個線程對共享數據的訪問修改是同步的，否則可能會出現意想不到的情況，甚至死鎖、崩潰等。Java開發中的同步機制也是非常重要的內容，本文將詳細闡述Java的線程同步機制。

      Java同步機制簡介

      JAVA中synchronized關鍵字能夠作為函數的修飾符，也可作為函數內的語句，也就是平時說的同步方法和同步語句塊。假如再細的分類，synchronized可作用於instance變量、object reference（對象引用）、static函數和class literals(類名稱字面常量)身上。

      在進一步闡述之前，我們需要明確幾點：

      A．無論synchronized關鍵字加在方法上還是對象上，他取得的鎖都是對象，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被其他線程的對象訪問。
      B．每個對象只有一個鎖（lock）和之相關聯。 
      C．實現同步是要很大的系統開銷作為代價的，甚至可能造成死鎖，所以盡量避免無謂的同步控制。

      synchronized的不同用法

      接著來討論synchronized用到不同地方對代碼產生的影響：

      假設P1、P2是同一個類的不同對象，這個類中定義了以下幾種情況的同步塊或同步方法，P1、P2就都能夠調用他們。

      1. 把synchronized當作函數修飾符，示例代碼如下：

      Public synchronized void method(){
      //…. 
      }

      這也就是同步方法，那這時synchronized鎖定的是哪個對象呢？他鎖定的是調用這個同步方法對象。也就是說，當一個對象P1在不同的線程中執行這個同步方法時，他們之間會形成互斥，達到同步的效果。但是這個對象所屬的Class所產生的另一對象P2卻能夠任意調用這個被加了synchronized關鍵字的方法。

      上邊的示例代碼等同於如下代碼：

      public void method()
      {
            synchronized (this)      //  (1) 
            {
              //….. 
            }
      }

      (1)處的this指的是什麼呢？他指的就是調用這個方法的對象，如P1。可見同步方法實質是將synchronized作用於object reference。――那個拿到了P1對象鎖的線程，才能夠調用P1的同步方法，而對P2而言，P1這個鎖和他毫不相干，程式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 method(SomeObject so) { 
             synchronized(so) 
             { 
               //….. 
             } 
       }

      這時，鎖就是so這個對象，誰拿到這個鎖誰就能夠運行他所控制的那段代碼。當有一個明確的對象作為鎖時，就能夠這樣寫程式，但當沒有明確的對象作為鎖，只是想讓一段代碼同步時，能夠創建一個特別的instance變量（他得是個對象）來充當鎖：

      class Foo implements Runnable 
      {
             private byte[] lock = new byte[0];  // 特別的instance變量
             Public void method() 
             {
                   synchronized(lock) { //… } 
             }
             //…..
      }

      注：零長度的byte數組對象創建起來將比任何對象都經濟――查看編譯後的字節碼：生成零長度的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作用於static 函數，示例代碼如下： 

       Class Foo
       { 
             public synchronized static void method1()   // 同步的static 函數 
             {
                    //…. 
             }
             public void method2() 
             {
                    synchronized(Foo.class)   //  class literal(類名稱字面常量) 
             } 
       } 

      代碼中的method2()方法是把class literal作為鎖的情況，他和同步的static函數產生的效果是相同的，取得的鎖很特別，是當前調用這個方法的對象所屬的類（Class，而不再是由這個Class產生的某個具體對象了）。

      記得在《Effective Java》一書中看到過將 Foo.class和 P1.getClass()用於作同步鎖還不相同，不能用P1.getClass()來達到鎖這個Class的目的。P1指的是由Foo類產生的對象。

      能夠推斷：假如一個類中定義了一個synchronized的static函數A，也定義了一個synchronized 的instance函數B，那麼這個類的同一對象Obj在多線程中分別訪問A和B兩個方法時，不會構成同步，因為他們的鎖都不相同。A方法的鎖是Obj所屬的那個Class，而B的鎖是Obj所屬的這個對象。

      小結如下：

      搞清楚synchronized鎖定的是哪個對象，就能幫助我們設計更安全的多線程程式。

      其他同步技巧

      更有一些技巧能夠讓我們對共享資源的同步訪問更加安全：

      1. 定義private 的instance變量+他的 get方法，而不要定義public/protected的instance變量。假如將變量定義為public，對象在外界能夠繞過同步方法的控制而直接取得他，並改變他。這也是JavaBean的標准實現方式之一。

      2. 假如instance變量是個對象，如數組或ArrayList什麼的，那上述方法仍然不安全，因為當外界對象通過get方法拿到這個instance對象的引用後，又將其指向另一個對象，那麼這個private變量也就變了，豈不是很危險。 這個時候就需要將get方法也加上synchronized同步，並且，只返回這個private對象的clone()――這樣，調用端得到的就是對象副本的引用了。