浅谈多线程中的同步锁

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多线程应用中，我们往往会对同一对象或类进行操作，这时我们需要应用同步锁，以保证程序的正常运行。本文将从Synchronized, wait, notify这些Java常见的关键字/函数作为出发点，总结同步与锁的问题，适合Java初级者阅读解惑。

 

一. synchronized关键字。

 

为啥同步？简单来讲，一个线程在对某对象操作时，不想被其他线程的同步方法所干扰。

 

在实际编程中，我们有两种方式实现同步，分别是同步方法(synchronized methods)或同步块(synchronized block/synchronized statement)。

 

同步方法是在方法前加synchronized, 如果该方法是static的，则认为锁是相对于Class的，其他线程操作该类的任何对象时，遇到static同步方法或者方法内同步该Class时，需要等待；若该方法不是static的，则认为锁是相对于自身对象(this)的，其他线程操作此对象时，遇到同步方法(非static)，需要等待。

 

同步块一般写在函数里，形式如下：

synchronized ( Expression ) Block

synchronized ( Expression ) Block

Expression需是引用类型(对象，类)， Block则是代码块。同步块开始时需要获得Expression的一个互斥锁（mutual-exclusion lock）。当该锁没被其他线程占用时，获取该锁并则执行Block里内容，在Block结束后释放此锁。在执行Block时，任何其他想要获得该锁的线程需要阻塞等待。

 

[注意点]

1. 可以认为锁是属于引用类型的, 同步的操作需要获取锁之后才进行，否则一直等待。编程时需注意锁(synchronized)的对象

 

2. 线程在wait后会释放持有的锁。有关wait详细说明参见本文第二部分。

 

3. 各线程同步时遵守先触发，先得锁原则（happens-before relationship）。

 

4. 构造函数无法被synchronized。

 

二. wait(), notify(), notifyAll()

 

wait, notify, notifyAll方法均定义在基类Object中，它们的职责是为了在多线程中，可以有效的进行线程间交互，或者控制转移。一个线程执行了wait, 需要其他线程notify，或者notifyAll, 才可以继续执行。举个例子，消费者和生产者，当没有Message被生产者生产时，消费者则一直处于wait状态，直到生产者生产了一条Message，然后notify消费者进行消费。

 

[注意点]

 

1. wait, notify, notifyAll必须在synchronized代码内。即该线程持有了某引用的锁时，wait, notify, notifyAll才可以被执行，否则，会报IllegalMonitorStateException

 

如以下代码(针对wait的，notify, notifyAll同理):

 

// 会抛IllegalMonitorStateException异常, 因为没持有this的锁。
this.wait();
synchronized(this) {
// 正确写法
this.wait();
// 会抛IllegalMonitorStateException异常, 因为没有持有a对象的锁。
this.a.wait();
}

// 会抛IllegalMonitorStateException异常, 因为没持有this的锁。
this.wait();

synchronized(this) {

    // 正确写法
    this.wait();

    // 会抛IllegalMonitorStateException异常, 因为没有持有a对象的锁。
    this.a.wait();
}

 

2. 执行wait()后会释放锁持有的锁，其他等待同步中的线程这时会持有该锁，并执行。

 

3. wait()执行后，线程状态会变为disabled, 想继续执行除非以下事件中的一个发生:

 

a）其他线程在此同步的引用上执行了notify()或者notifyAll()，注意是和wait相同引用上执行的notify()。

b）线程被其他线程中断，会报InterruptedException。

c）wait可以指定timeout, 当timeout时间过去时。

 

4. wait继续执行需要重新获得该引用的锁，若有其他线程占有着此锁，则仍然无法恢复。

 

5. notify是随机唤醒一个wait中的线程，notifyAll是把所有wait中的线程全部唤醒。notify的对象仍旧是其持有的锁的引用。

 

6. 如果没有线程wait, notify将会被忽略。