Java 同步機制淺談

herosoft發表於2009-05-03

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。

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。

接著來討論synchronized用到不同地方對程式碼產生的影響:

假設P1P2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,P1P2就都可以呼叫它們。

1. 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 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synchronizedstatic函式A,也定義了一個synchronized 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AB兩個方法時,不會構成同步,因為它們的鎖都不一樣。B方法的鎖是Obj這個物件,而A的鎖是Obj所屬的那個Class

[@more@]

小結如下:

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 instance變數+它的 get方法,而不要定義public/protectedinstance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變數是一個可變物件,特別陣列或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。

或者也可以返回一個instance變數的副本引用(區域性變數)。

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