Java程式碼質量改進之：同步物件的選擇

陸敏技發表於2018-07-27
Java物件

　　在Java中，讓執行緒同步的一種方式是使用synchronized關鍵字，它可以被用來修飾一段程式碼塊，如下：

     synchronized(被鎖的同步物件) {
          // 程式碼塊：業務程式碼
     }

　　當synchronized被用來修飾程式碼塊的時候表示，如果有多個執行緒正在執行這段程式碼塊，那麼需要等到其中一個執行緒執行完畢，第二個執行緒才會再執行它。但是！如果被鎖的同步物件沒有被正確選擇的話，上面的結論是不正確的哦。

到底什麼樣的物件能夠成為一個鎖物件（也叫同步物件）？我們在選擇同步物件的時候，應當始終注意以下幾點：

第一點，需要鎖定的物件在多個執行緒中是可見的、同一個物件

　　“可見的”這是顯而易見的，如果物件不可見，就不能被鎖定。“同一個物件”，這理解起來也很好理解，如果鎖定的不是同一個物件，那又如何來同步兩個物件呢？可是，不見得我們在這上面不會犯錯誤。為了闡述本建議，我們先模擬一個必須使用到鎖的場景：火車站賣火車票。一列火車一共有100張票，一共有3個視窗在同時賣票，程式碼如下：

package com.zuikc.thread;

public class SynchronizedSample01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 建立
        TicketWindow window1 = new TicketWindow("售票視窗1");
        TicketWindow window2 = new TicketWindow("售票視窗2");
        TicketWindow window3 = new TicketWindow("售票視窗3");

        window1.start();
        window2.start();
        window3.start();
    }

}

class TicketWindow extends Thread {
    // 共100個座位
    static int ticket = 100;

    public TicketWindow(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void run() {
        // 模擬賣票
        while (ticket > 0) {

            System.out.println(this.getName() + "賣出了座位號:" + ticket);
            ticket--;

            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

　　可是，執行之後，我們發現我們的火車票有些座位被賣了多次，比如：

　　只要多執行幾次，我們就會看到不同的結果。但是幾乎每次都會有被座位號被賣多次的現象發生。

　　有同學可能會說，簡單：加synchronized鎖定同步物件，於是我們修改程式碼：

class TicketWindow extends Thread {
    // 共100個座位
    static int ticket = 100;

    // 定義被鎖的同步物件
    Object obj = new Object();

    public TicketWindow(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void run() {
        // 想要同步的程式碼塊
        synchronized (obj) {
            // 模擬賣票
            while (ticket > 0) {

                System.out.println(this.getName() + "賣出了座位號:" + ticket);
                ticket--;

                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

       執行之後，我們發現結果沒有任何的改變。為什麼吶？

       因為在3個執行緒中，我們鎖定的不是同一個物件。

       我們看到，被鎖的是一個例項變數，如下：

       Object obj = new Object();

       而存在三個執行緒，就意味著生成了3個obj，每個執行緒鎖定的是這3個不同的obj物件，所以，同步程式碼塊等於沒有被同步。

       那應該怎麼做呢？最簡單的方法是，我們可以把例項變數改成成員變數，即靜態變數，如下：

       Static Object obj = new Object();

       然後，再執行售票程式碼，就發現可以解決這個問題了。不信，試試看。

第二個注意事項：非靜態方法中，靜態變數不應作為同步物件

　　上面剛說完，要修正第一點中的示例，需要將obj變成static。這似乎和本注意事項有矛盾。實際上，第一點中的示例程式碼僅出於演示的目的，在編寫多執行緒程式碼時，我們可以遵循這樣的一個原則：型別的靜態方法應當保證執行緒安全，非靜態方法不需實現執行緒安全。而如果將syncObject變成static，就相當於讓非靜態方法具備執行緒安全性，這帶來的一個問題是，如果應用程式中該型別存在多個例項，在遇到這個鎖的時候，都會產生同步，而這可能不是我們原先所願意看到的。

第三點：值型別（基本資料型別）物件不能作為同步物件

　　實際上，這樣的程式碼也不會通過編譯。

值型別在傳遞另一個執行緒的時候，會建立一個副本，這相當於每個執行緒鎖定的也是兩個物件。故，值型別物件不能作為同步物件。這一點實際也可以歸結到第一點中。

第四點，鎖定字串是完全沒有必要，而且相當危險的

　　這整個過程看上去和值型別正好相反。字串在虛擬機器中會被暫存到記憶體裡，如果有兩個變數被分配了相同內容的字串，那麼這兩個引用會被指向同一塊記憶體。所以，如果有兩個地方同時使用了synchronized (“abc”)，那麼它們實際鎖定的是同一個物件，導致整個應用程式被阻滯。

第五點：降低同步物件的可見性

　　同步物件一般來說，不應該是一個public變數，我們應該始終考慮降低同步物件的可見性，將我們的同步物件藏起來，只開放給自己或自己的子類就夠了（需要開放給子類的情況其實也不多見）。

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