Java同步機制淺談――synchronized對代碼作何影響？

Java對多線程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線程共用資料同步問題。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關鍵字可以作為函數的修飾符，也可作為函數內的語句，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（對象引用）、static函數和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對象上，它取得的鎖都是對象，而不是把一段代碼或函數當作鎖――而且同步方法很可能還會被其他線程的對象訪問。B．每個對象只有一個鎖（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，甚至可能造成死結，所以盡量避免無謂的同步控制。

接著來討論synchronized用到不同地方對代碼產生的影響：

假設P1、P2是同一個類的不同對象，這個類中定義了以下幾種情況的同步塊或同步方法，P1、P2就都可以調用它們。 1．  把synchronized當作函數修飾符時，範例程式碼如下：Public synchronized void methodAAA(){//….}這也就是同步方法，那這時synchronized鎖定的是哪個對象呢？它鎖定的是調用這個同步方法對象。也就是說，當一個對象P1在不同的線程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。但是這個對象所屬的Class所產生的另一對象P2卻可以任意調用這個被加了synchronized關鍵字的方法。上邊的範例程式碼等同於如下代碼：public void methodAAA(){synchronized (this)      //  (1){       //…..}} (1)處的this指的是什麼呢？它指的就是調用這個方法的對象，如P1。可見同步方法實質是將synchronized作用於object reference。――那個拿到了P1對象鎖的線程，才可以調用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擺脫同步機制的控制，造成資料混亂：（2．同步塊，範例程式碼如下：            public void method3(SomeObject so)              {                     synchronized(so){       //…..}}這時，鎖就是so這個對象，誰拿到這個鎖誰就可以運行它所控制的那段代碼。當有一個明確的對象作為鎖時，就可以這樣寫程式，但當沒有明確的對象作為鎖，只是想讓一段代碼同步時，可以建立一個特殊的instance變數（它得是一個對象）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) { //… }}//…..}註：零長度的byte數組對象建立起來將比任何對象都經濟――查看編譯後的位元組碼：產生零長度的byte[]對象只需3條作業碼，而Object lock = new Object()則需要7行作業碼。3．將synchronized作用於static 函數，範例程式碼如下：      Class Foo {public synchronized static void methodAAA()   // 同步的static 函數{//….}public void methodBBB(){       synchronized(Foo.class)   //  class literal(類名稱字面常量)}       }   代碼中的methodBBB()方法是把class literal作為鎖的情況，它和同步的static函數產生的效果是一樣的，取得的鎖很特別，是當前調用這個方法的對象所屬的類（Class，而不再是由這個Class產生的某個具體對象了）。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類產生的對象。

可以推斷：如果一個類中定義了一個synchronized的static函數A，也定義了一個synchronized 的instance函數B，那麼這個類的同一對象Obj在多線程中分別訪問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這個對象，而B的鎖是Obj所屬的那個Class。 小結如下：搞清楚synchronized鎖定的是哪個對象，就能協助我們設計更安全的多線程程式。

 還有一些技巧可以讓我們對共用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，對象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變數是一個對象，如數組或ArrayList什麼的，那上述方法仍然不安全，因為當外界對象通過get方法拿到這個instance對象的引用後，又將其指向另一個對象，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對象的clone()――這樣，調用端得到的就是對象副本的引用了。