synchronized關鍵字 - [JAVA心得]

Java對多執行緒的支援與同步機制深受大家的喜愛，似乎看起來使用了synchronized關鍵字就可以輕鬆地解決多執行緒共享資料同步問題。到底如何？――還得對synchronized關鍵字的作用進行深入瞭解才可定論。

　　總的說來，synchronized關鍵字可以作為函式的修飾符，也可作為函式內的語句，也就是平時說的同步方法和同步語句塊。如果再細的分類，synchronized可作用於instance變數、object reference（物件引用）、static函式和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物件上，它取得的鎖都是物件，而不是把一段程式碼或函式當作鎖――而且同步方法很可能還會被其他執行緒的物件訪問。

　　B．每個物件只有一個鎖（lock）與之相關聯。

　　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，所以儘量避免無謂的同步控制。[@more@]

　　接著來討論synchronized用到不同地方對程式碼產生的影響：

　　假設P1、P2是同一個類的不同物件，這個類中定義了以下幾種情況的同步塊或同步方法，P1、P2就都可以呼叫它們。

　　1．把synchronized當作函式修飾符時，示例程式碼如下：


Public synchronized void methodAAA()
{

//….

}


　　這也就是同步方法，那這時synchronized鎖定的是哪個物件呢？它鎖定的是呼叫這個同步方法物件。也就是說，當一個物件P1在不同的執行緒中執行這個同步方法時，它們之間會形成互斥，達到同步的效果。但是這個物件所屬的Class所產生的另一物件P2卻可以任意呼叫這個被加了 synchronized關鍵字的方法。

　　上邊的示例程式碼等同於如下程式碼：


public void methodAAA()
{

synchronized (this) // (1)

{
//…..
}

}


　　(1)處的this指的是什麼呢？它指的就是呼叫這個方法的物件，如P1。可見同步方法實質是將synchronized作用於object reference。――那個拿到了P1物件鎖的執行緒，才可以呼叫P1的同步方法，而對P2而言，P1這個鎖與它毫不相干，程式也可能在這種情形下襬脫同步機制的控制，造成資料混亂

　　2．同步塊，示例程式碼如下：


public void method3(SomeObject so)

{

synchronized(so)

{
//…..
}

}


　　這時，鎖就是so這個物件，誰拿到這個鎖誰就可以執行它所控制的那段程式碼。當有一個明確的物件作為鎖時，就可以這樣寫程式，但當沒有明確的物件作為鎖，只是想讓一段程式碼同步時，可以建立一個特殊的instance變數（它得是一個物件）來充當鎖：


class Foo implements Runnable

{

private byte[] lock = new byte[0]; // 特殊的instance變數

Public void methodA()

{

synchronized(lock) { //… }

}

//…..

}


　　注：零長度的byte陣列物件建立起來將比任何物件都經濟――檢視編譯後的位元組碼：生成零長度的byte[]物件只需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 函式，示例程式碼如下：


Class Foo

{

public synchronized static void methodAAA() // 同步的static 函式

{

//….

}

public void methodBBB()

{

synchronized(Foo.class) // class literal(類名稱字面常量)

}

}


　　程式碼中的methodBBB()方法是把class literal作為鎖的情況，它和同步的static函式產生的效果是一樣的，取得的鎖很特別，是當前呼叫這個方法的物件所屬的類（Class，而不再是由這個Class產生的某個具體物件了）。

　　記得在《Effective Java》一書中看到過將 Foo.class和 P1.getClass()用於作同步鎖還不一樣，不能用P1.getClass()來達到鎖這個Class的目的。P1指的是由Foo類產生的物件。

　　可以推斷：如果一個類中定義了一個synchronized的static函式A，也定義了一個synchronized 的instance函式B，那麼這個類的同一物件Obj在多執行緒中分別訪問A和B兩個方法時，不會構成同步，因為它們的鎖都不一樣。A方法的鎖是Obj所屬的那個Class，而B的鎖是Obj這個物件。

　　小結：

　　搞清楚synchronized鎖定的是哪個物件，就能幫助我們設計更安全的多執行緒程式。

　　還有一些技巧可以讓我們對共享資源的同步訪問更加安全：

　　1． 定義private 的instance變數+它的 get方法，而不要定義public/protected的instance變數。如果將變數定義為public，物件在外界可以繞過同步方法的控制而直接取得它，並改動它。這也是JavaBean的標準實現方式之一。

　　2．如果instance變數是一個物件，如陣列或ArrayList什麼的，那上述方法仍然不安全，因為當外界物件透過get方法拿到這個instance 物件的引用後，又將其指向另一個物件，那麼這個private變數也就變了，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物件的clone()――這樣，呼叫端得到的就是物件副本的引用了。