详解synchronized锁的各种用法及注意事项

1 前言

本文主要通过简单的 demo
来阐述 synchronized
锁的各种用法以及使用 synchronized
锁的相关注意事项，记录下来同时也方便自己记忆。

synchronized
锁是jvm内置的锁，不同于 ReentrantLock
锁。 synchronized
关键字可以修饰方法，也可以修饰代码块。 synchronized
关键字修饰方法时可以修饰静态方法，也可以修饰非静态方法；同样， synchronized
关键字修饰代码块时可以修饰对象，也可以修饰类。当然， synchronized
修饰静态方法/类和非静态方法/对象时的作用范围是不同的。下面通过各种 demo
来详解 synchronized
的各种用法及注意事项。

2 synchronized类锁

这里所说的 synchronized
类锁的作用范围是类级别的，不会因为同一个类的不同对象执行而失效。

2.1 synchronized修饰同一个类的两个静态方法时互斥

public class SynchronizeAndClassLock {
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(() -> {
// new了一个ClassLock对象
new ClassLock().test1();
        }).start();

new Thread(() -> {
// new了另一个ClassLock对象
new ClassLock().test2();
        }).start();
    }

}
class ClassLock {
public synchronized static void test1(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }
// 【注意】public static void test2(){ 不会互斥，因为此时test2没有使用类锁。
public synchronized static void test2(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }
}

运行结果：

【结论】两个线程分别同时执行同一个类产生的不同对象的两个不同 synchronized static
方法，类锁生效，虽然是不同对象，因为两个线程使用的是同一个类锁。反过来，假如 test2
方法没有 synchronized
修饰的话，只有 test1
方法有被 synchronized
修饰，此时两个方法也不会互斥，一个有锁，一个没有锁，自然不会互斥。

2.2 synchronized分别修饰同一个类的静态方法和当前类时互斥

public class SynchronizeAndClassLock2 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(() -> {
// new了一个ClassLock2对象
new ClassLock2().test1();
// ClassLock2.test1();
        }).start();

new Thread(() -> {
// new了另一个ClassLock2对象
new ClassLock2().test2();
// ClassLock2.test2();
        }).start();
    }

}
class ClassLock2 {
public synchronized static void test1(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }

public static void test2(){
// 【注意】synchronized (SynchronizeAndClassLock2.class)不会互斥
synchronized (ClassLock2.class) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }
}

运行结果：

【结论】两个线程同时分别执行一个被synchronized修饰static方法，一个有synchnized(该类)代码块的static方法，锁生效，虽然是不同对象，因为两个线程使用的同一个类锁。反过来，如果是修饰的不同类，因为类锁不同，肯定不会互斥，比如将 test2
方法的 synchronized (ClassLock2.class)
这句代码改成 synchronized (SynchronizeAndClassLock2.class)
,此时不会互斥。

2.3 synchronized分别修饰同一个静态对象时互斥

public class SynchronizeAndClassLock10 {

public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(() -> {
new RunObject1().test1();
        }).start();

new Thread(() -> {
new RunObject2().test2();
        }).start();
    }
}

class RunObject1 {
public static void test1(){
// 【1】synchronized (StaticLock2.staticLock1) {
synchronized (StaticLock2.staticLock) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }
}


class RunObject2 {
public static void test2() {
// 【2】synchronized (StaticLock2.staticLock2) {
synchronized (StaticLock2.staticLock) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }
}

class StaticLock2 {
public static Object staticLock = new Object();
}

运行结果：

【结论】 synchronized
分别修饰同一个类的静态对象时互斥,反过来，如果是修饰不同的静态对象，肯定不会互斥，比如将上面代码中标 【1】
和 【2】
的 synchronized
代码结合使用。

3 synchronized对象锁

这里说的 synchronized
对象锁的作用范围是对象级别的即仅仅作用于同一个对象，如果是同一个类的两个不同的对象是不会互斥的，即没有效果的。

3.1 synchronized修饰同一个类对象的两个非静态方法时互斥

public class SynchronizeAndObjectLock2 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 【注意】当且仅当是同一个SynchronizeAndObjectLock2对象
        SynchronizeAndObjectLock2 synchronizeAndObjectLock2 = new SynchronizeAndObjectLock2();
new Thread(() -> {
            synchronizeAndObjectLock2.test1();
        }).start();

new Thread(() -> {
            synchronizeAndObjectLock2.test2();
        }).start();
    }
public synchronized void test1(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }

public synchronized void test2(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }
}

运行结果：

【结论】两个线程同时执行被 synchronized
修饰的相同对象的不同（相同）方法，锁生效，因为两个线程使用的是相同的对象锁

3.2 synchronized分别修饰同一个类对象的非静态方法和当前对象时互斥

public class SynchronizeAndObjectLock3 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 【注意】当且仅当是同一个SynchronizeAndObjectLock3对象
        SynchronizeAndObjectLock3 synchronizeAndObjectLock3 = new SynchronizeAndObjectLock3();
new Thread(() -> {
            synchronizeAndObjectLock3.test1();
        }).start();

new Thread(() -> {
            synchronizeAndObjectLock3.test2();
        }).start();
    }
public void test1(){
synchronized(this) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }

    }

public synchronized void test2(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }
}

运行结果：

【结论】 snchronized
修饰非静态方法与 synchronized(this)
互斥，可见， snchronized
修饰非静态方法实质锁的是当前对象。

3.3 synchronized修饰不同对象的两个非静态方法时不会互斥

public class SynchronizeAndObjectLock {
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(() -> {
// 这里new 了一个SynchronizeAndObjectLock对象
new SynchronizeAndObjectLock().test1();
        }).start();

new Thread(() -> {
// 这里new 了另一个SynchronizeAndObjectLock对象
new SynchronizeAndObjectLock().test2();
        }).start();
    }
public synchronized void test1(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }

public synchronized void test2(){
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {}
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }
}

运行结果：

【结论】两个线程同时执行被 synchronized
修饰的不同对象的不同（相同）方法，锁未生效，因为两个线程使用的是不同的对象锁。

3.4 synchronized代码块修饰同一个对象时互斥

public class SynchronizeAndObjectLock5 {
private Object objectLock = new Object();

public static void main(String[] args) throws Exception {

        SynchronizeAndObjectLock5 synchronizeAndObjectLock5 = new SynchronizeAndObjectLock5();
new Thread(() -> {
            synchronizeAndObjectLock5.test1();
        }).start();

new Thread(() -> {
            synchronizeAndObjectLock5.test2();
        }).start();
    }
public void test1(){
synchronized(objectLock) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }

    }

public void test2(){
synchronized(objectLock) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }
}

运行结果：

【结论】 synchronized
代码块修饰同一个对象时互斥，若 synchronized
代码块修饰的是不同对象，那么不会互斥。

4 synchronized修饰当前类和当前对象时不会互斥

public class ClassAndObjectLock {
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(() -> {
            ClassAndObjectLock.test1();
        }).start();

new Thread(() -> {
new ClassAndObjectLock().test2();
        }).start();
    }
public static void test1(){
synchronized (ClassAndObjectLock.class) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }

public void test2(){
synchronized (this) {
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");
try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {}
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");
        }
    }
}

运行结果：

【结论】可见，类锁和对象锁是相互独立的，互不相斥。

5 synchronized锁注意事项

5.1 synchronized锁不能被中断

为了模拟 synchronized
锁不可中断，下面先让两个线程进入死锁，然后再用 main
线程去中断其中一个线程，看被中断的线程能否释放锁并被唤醒。

public class DeadLockCannotInterruptDemo {
private static Object lock1 = new Object();
private static Object lock2 = new Object();

public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (lock1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock1");
try {
                        Thread.sleep(10);
synchronized (lock2) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock2");
                        }
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        });

        Thread threadB = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (lock2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock2");
try {
                        Thread.sleep(10);
synchronized (lock1) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock1");
                        }
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        });

        threadA.start();
        threadB.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        System.out.println("main thread begin to interrupt " + threadA.getName() + " and " + threadA.getName() + " will release lock1...");
        threadA.interrupt();
    }
}

运行结果：

【结论】如上图， main
线程中断 Thread-0
后， Thread-0
并不会释放锁并醒过来。同样的， ReentrantLock
的 tryLock
或 lockInterruptibly
是可以被中断的。

5.2 synchronized锁可重入

5.2.1 不同方法，synchronized是可重入的

public class SynchronizeAndReentrant {
public static void main(String[] args) throws Exception {
        SynchronizeAndReentrant synchronizeAndReentrant = new SynchronizeAndReentrant();
        synchronizeAndReentrant.test1();
    }
public synchronized void test1(){
        System.out.println(" test1 method is called...");
        test2();
    }

public synchronized void test2(){
        System.out.println(" test2 method is called...");
    }
}

运行结果：

5.2.2 相同方法，synchronized是可重入的

public class SynchronizeAndReentrant2 {
int i = 1;
public static void main(String[] args) throws Exception {
        SynchronizeAndReentrant2 synchronizeAndReentrant = new SynchronizeAndReentrant2();
        synchronizeAndReentrant.test1();
    }
public synchronized void test1(){

        System.out.println(" test1 method is called " + i++ + "st time..." );
while(i < 5) {
            test1();
        }
    }
}

运行结果：

5.3 synchronized锁不带超时功能

synchronized
锁不带超时功能,而 ReentrantLock
的 tryLock
是具备带超时功能的，在指定时间没获取到锁，该线程会苏醒，有助于预防死锁的产生。

5.4 唤醒/等待需要synchronized锁

public class NotifyNeedSynchronized {
public static Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) throws Exception{
// 抛出IllegalMonitorStateException
//lock.notify();
        lock.wait();
    }
}

运行结果：

【结论】使用 Object
的 notify
和 wait
等方法时，必须要使用 synchronized
锁，否则会抛出 IllegalMonitorStateException
。

5.5 使用synchronized锁时尽量缩小范围以保证性能

使用 synchronized
锁时，为了尽可能提高性能，我们应该尽量缩小锁的范围。能不锁方法就不锁方法，推荐尽量使用 synchronized
代码块来降低锁的范围。以下面的一段 netty
源码为例：

// ServerBootstrap.java

public  ServerBootstrap childOption(ChannelOption childOption, T value) {
if (childOption == null) {
throw new NullPointerException("childOption");
    }
if (value == null) {
synchronized (childOptions) {
            childOptions.remove(childOption);
        }
    } else {
synchronized (childOptions) {
            childOptions.put(childOption, value);
        }
    }
return this;
}

可见，找到并发访问代码的临界区，并不用 synchronized
锁全部代码，尽量避免使用 synchronized
来修饰方法。

6 总结

本文对 synchronized
的各种用法及注意事项通过 demo
简单梳理了下，后面有时间会探讨下 synchronized
的原理。

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