浅析Java中synchronized与static synchronized

synchronized关键字

synchronized是进行同步处理而保证线程安全。在一个方法中，如果是方法内的私有变量，那个这个变量是线程安全的，但是类中的实例变量是可能会出现线程安全问题的，当多个线程对这个实例变量进行修改，就可能会出现结果并不是我们期望的结果。

线程安全问题

下面一段代码就出现了线程安全问题。
本来当username为a的时候，num应该为100，但是由于设置让t1休眠了2秒，导致num被刷新成了200，导致最后输出时a和b的num都是200。

public class Service {
    private int num = 0;
    public void add(String username) {
        try {
            if (username.equals("a")) {
                num = 100;
                Thread.sleep(2000);
            } else {
                num = 200;
            }
            System.out.println(username + " " + num);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class ThreadA extends Thread {
    private Service service;
    public ThreadA(Service service) {
        this.service = service;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        service.add("a");
    }
}

public class ThreadB extends Thread {
    private Service service;
    public ThreadB(Service service) {
        this.service = service;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        service.add("b");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Service service = new Service();
        ThreadA t1 = new ThreadA(service);
        ThreadB t2 = new ThreadB(service);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

运行结果：

synchronized锁

下面给add方法加个synchronized关键字。
可以看到输出正确。
synchronized进行了同步，使得线程按照顺序进行访问，由于线程t1和t2的监视器都是同一个实例，相当于拥有同一个锁对象，所以可以进行同步访问。

public class Service {
    private int num = 0;
    public synchronized void add(String username) {
        try {
            if (username.equals("a")) {
                num = 100;
                Thread.sleep(2000);
            } else {
                num = 200;
            }
            System.out.println(username + " " + num);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

输出结果：

synchronized同步代码块

上面的代码中是使用synchronized将整个方法进行上锁，只有当一个方法执行完毕后，另一个线程才可以执行这个方法，这样会导致性能损耗很大。
返回到线程安全问题，目的其实是为了解决对临界资源访问的问题，所以其实只需要将临界资源进行上锁就可以了，其他部分其实是可以异步进行的。

在下面代码中，doSomeTask方法里前半部分没有进行同步，后面使用了同步代码块进行加锁。
从输出结果可以看到，前面部分A、B两个线程是异步进行访问的，后部分是同步进行访问的。

public class Service {
    public  void doSomeTask(String username) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("没有同步 " + Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
        System.out.println();
        synchronized (this) {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("同步了" + Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadA extends Thread {
    private Service service;
    public ThreadA(Service service) {
        this.service = service;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        service.doSomeTask("a");
    }
}

public class ThreadB extends Thread {
    private Service service;
    public ThreadB(Service service) {
        this.service = service;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        service.doSomeTask("b");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Service service = new Service();
        ThreadA t1 = new ThreadA(service);
        ThreadB t2 = new ThreadB(service);
        t1.setName("A");
        t2.setName("B");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

运行结果：

所以使用synchronized同步代码块可以将需要加锁的部分进行上锁就行了，这样可以提高性能。
可以使用synchronized同步代码块加锁临界资源，这样就可以避免出现线程安全问题。
在JDK1.8中的ConcurrentHashMap也使用synchronized锁，synchronized锁的性能已经有了很大的提高。

static synchronized

static方法为类方法，那么对static方法加上synchronized锁后呢？加锁的究竟是什么呢？
其实这时候监视器上锁的对象为这个类对象，而不是一个具体的实例对象，就是所有该类的实例访问这个方法都会进行加锁。

从下面实例可以看出，虽然是两个实例四个线程访问该方法，但是还是进行了同步，因为所有实例访问的是同一把锁，也就是Service类的对象锁，只要是监视器锁对象是同一个，那么都是会进行上锁同步的。

public class Service {
    public static synchronized void doSomeTask(String username) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("同步了" + Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }
}

public class ThreadA extends Thread {
    private Service service;
    public ThreadA(Service service) {
        this.service = service;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        service.doSomeTask("a");
    }
}

public class ThreadB extends Thread {
    private Service service;
    public ThreadB(Service service) {
        this.service = service;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        service.doSomeTask("b");
    }
}


public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Service service = new Service();
        Service service1 = new Service();
        ThreadA t1 = new ThreadA(service);
        ThreadB t2 = new ThreadB(service);
        ThreadA t3 = new ThreadA(service1);
        ThreadB t4 = new ThreadB(service1);
        t1.setName("A");
        t2.setName("B");
        t3.setName("C");
        t4.setName("D");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}

运行结果：

使用同步代码块也可以实现上述功能。

在同步代码块中，将监视的锁对象设置为Service.class，代表监视的是这个类锁，所以也对这个类进行加锁同步。

public class Service {
    public void doSomeTask(String username) {
        synchronized (Service.class) {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("同步了" + Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            }
        }
    }
}

synchronized与static synchronized一起使用

四个线程访问两个方法，线程A和C访问task1，是一个普通的synchronized方法，线程B和D访问task2，是一个static synchronized方法。

从输出结果中可以看出，A、C进行了同步，B、D也进行同步，但是B和C在一开始是交替出现输出，代表B和C其实没有同步，就证明它们的锁不是同一把锁。

A和C线程获取的实例的对象锁，而B和D线程获取的是这个类的锁。

public class Service {
    public synchronized void task1() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("task1 " + Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }

    public static synchronized void task2() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("task2 " + Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }
}

public class ThreadA extends Thread {
    private Service service;
    public ThreadA(Service service) {
        this.service = service;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        service.task1();
    }
}

public class ThreadB extends Thread {
    private Service service;
    public ThreadB(Service service) {
        this.service = service;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        service.task2();
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Service service = new Service();
        ThreadA t1 = new ThreadA(service);
        ThreadB t2 = new ThreadB(service);
        ThreadA t3 = new ThreadA(service);
        ThreadB t4 = new ThreadB(service);
        t1.setName("A");
        t2.setName("B");
        t3.setName("C");
        t4.setName("D");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}

运行结果：

综上：

• synchronized同步代码块的性能比synchronized同步方法性能好。
• 线程间的同步主要是看的获取的是什么锁，只有需要获取同一把锁的线程才会进行同步。
• static synchronized获取的是类对象锁，而普通的synchronized获取的是实例对象的锁，所以其实他们不是同一把锁。
• static synchronized的类对象锁可以对所有该类实例进行同步，因为所有该类实例获取的类锁都是同一把锁。