Java 对象锁和类锁死锁（多线程synchronized关键字）

2023年12月6日 210次阅读来源: java锁

本文主要是将synchronized关键字用法作为例子来去解释Java中的对象锁和类锁。

对于同步，要时刻清醒在哪个锁对象上同步，这是关键。
对于同步代码块，要看清楚什么对象已经用于锁定（synchronized后面括号的内容）。在同一个对象上进行同步的线程将彼此阻塞，在不同对象上锁定的线程将永远不会彼此阻塞。

一、synchronized关键字

synchronized关键字有如下两种用法：

1、在需要同步的方法的方法签名中加入synchronized关键字。

synchronized public void getValue() {
    System.out.println("getValue method thread name="
            + Thread.currentThread().getName() + " username=" + username
            + " password=" + password);
}

上面的代码修饰的synchronized是非静态方法，如果修饰的是静态方法（static）含义是完全不一样的。具体不一样在哪里，后面会详细说清楚。

synchronized static public void getValue() {
    System.out.println("getValue method thread name="
            + Thread.currentThread().getName() + " username=" + username
            + " password=" + password);
}

2、使用synchronized块对需要进行同步的代码段进行同步。

public void serviceMethod() {
    try {
        synchronized (this) {
            System.out.println("begin time=" + System.currentTimeMillis());
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println("end end=" + System.currentTimeMillis());
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

上面的代码块是synchronized (this)用法，还有synchronized (非this对象)以及synchronized (类.class)这两种用法，这些使用方式的含义也是有根本的区别的。我们先带着这些问题继续往下看。

二、Java中的对象锁和类锁

之前网上有找一些相关资料，有篇博客是这样描述的（看的是转载的，原创连接我也不知道）：

1.一段synchronized的代码被一个线程执行之前，他要先拿到执行这段代码的权限，
2.在Java里边就是拿到某个同步对象的锁（一个对象只有一把锁）；
3.如果这个时候同步对象的锁被其他线程拿走了，他（这个线程）就只能等了（线程阻塞在锁池等待队列中）。 
4.取到锁后，他就开始执行同步代码(被synchronized修饰的代码）；
5.线程执行完同步代码后马上就把锁还给同步对象，其他在锁池中等待的某个线程就可以拿到锁执行同步代码了。
6.这样就保证了同步代码在同一时刻只有一个线程在执行。

这段话，除了最后一句，讲得都是挺合理的。”这样就保证了同步代码在统一时刻只有一个线程在执行。”这句话显然不对，synchronized并非保证同步代码同一时刻只有一个线程执行，同步代码同一时刻应该可以有多个线程执行。

上面提到锁，这里先引出锁的概念。先来看看下面这些啰嗦而必不可少的文字。

多线程的线程同步机制实际上是靠锁的概念来控制的。

在Java程序运行时环境中，JVM需要对两类线程共享的数据进行协调：
1）保存在堆中的实例变量
2）保存在方法区中的类变量

这两类数据是被所有线程共享的。
（程序不需要协调保存在Java 栈当中的数据。因为这些数据是属于拥有该栈的线程所私有的。）

这里插播一下广告：关于JVM内存，如果想了解可以看看博主的另外一篇文章：

Java内存管理：http://blog.csdn.net/u013142781/article/details/50830754

方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。

栈：在Java中，JVM中的栈记录了线程的方法调用。每个线程拥有一个栈。在某个线程的运行过程中，如果有新的方法调用，那么该线程对应的栈就会增加一个存储单元，即帧(frame)。在frame中，保存有该方法调用的参数、局部变量和返回地址。

堆是JVM中一块可自由分配给对象的区域。当我们谈论垃圾回收(garbage collection)时，我们主要回收堆(heap)的空间。
Java的普通对象存活在堆中。与栈不同，堆的空间不会随着方法调用结束而清空。因此，在某个方法中创建的对象，可以在方法调用结束之后，继续存在于堆中。这带来的一个问题是，如果我们不断的创建新的对象，内存空间将最终消耗殆尽。

在java虚拟机中，每个对象和类在逻辑上都是和一个监视器相关联的。
对于对象来说，相关联的监视器保护对象的实例变量。

对于类来说，监视器保护类的类变量。

（如果一个对象没有实例变量，或者一个类没有变量，相关联的监视器就什么也不监视。）
为了实现监视器的排他性监视能力，java虚拟机为每一个对象和类都关联一个锁。代表任何时候只允许一个线程拥有的特权。线程访问实例变量或者类变量不需锁。

但是如果线程获取了锁，那么在它释放这个锁之前，就没有其他线程可以获取同样数据的锁了。（锁住一个对象就是获取对象相关联的监视器）

类锁实际上用对象锁来实现。当虚拟机装载一个class文件的时候，它就会创建一个java.lang.Class类的实例。当锁住一个对象的时候，实际上锁住的是那个类的Class对象。

一个线程可以多次对同一个对象上锁。对于每一个对象，java虚拟机维护一个加锁计数器，线程每获得一次该对象，计数器就加1，每释放一次，计数器就减 1，当计数器值为0时，锁就被完全释放了。

java编程人员不需要自己动手加锁，对象锁是java虚拟机内部使用的。

在java程序中，只需要使用synchronized块或者synchronized方法就可以标志一个监视区域。当每次进入一个监视区域时，java 虚拟机都会自动锁上对象或者类。

三、synchronized关键字各种用法与实例

看完了”二、Java中的对象锁和类锁”，我们再来结合”一、synchronized关键字”里面提到的synchronized用法。

事实上，synchronized修饰非静态方法、同步代码块的synchronized (this)用法和synchronized (非this对象)的用法锁的是对象，线程想要执行对应同步代码，需要获得对象锁。

synchronized修饰静态方法以及同步代码块的synchronized (类.class)用法锁的是类，线程想要执行对应同步代码，需要获得类锁。

因此，事实上synchronized关键字可以细分为上面描述的五种用法。

本文的实例均来自于《Java多线程编程核心技术》这本书里面的例子。

1、我们先看看非线程安全实例（Run.java）：

public class Run {

    public static void main(String[] args) {

        HasSelfPrivateNum numRef = new HasSelfPrivateNum();

        ThreadA athread = new ThreadA(numRef);
        athread.start();

        ThreadB bthread = new ThreadB(numRef);
        bthread.start();

    }

}

class HasSelfPrivateNum {

    private int num = 0;

    public void addI(String username) {
        try {
            if (username.equals("a")) {
                num = 100;
                System.out.println("a set over!");
                Thread.sleep(2000);
            } else {
                num = 200;
                System.out.println("b set over!");
            }
            System.out.println(username + " num=" + num);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }

}


class ThreadA extends Thread {

    private HasSelfPrivateNum numRef;

    public ThreadA(HasSelfPrivateNum numRef) {
        super();
        this.numRef = numRef;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        numRef.addI("a");
    }

}



 class ThreadB extends Thread {

    private HasSelfPrivateNum numRef;

    public ThreadB(HasSelfPrivateNum numRef) {
        super();
        this.numRef = numRef;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        numRef.addI("b");
    }

}

运行结果为：

a set over!
b set over!
b num=200
a num=200

修改HasSelfPrivateNum如下，方法用synchronized修饰如下：

class HasSelfPrivateNum {

    private int num = 0;

    synchronized public void addI(String username) {
        try {
            if (username.equals("a")) {
                num = 100;
                System.out.println("a set over!");
                Thread.sleep(2000);
            } else {
                num = 200;
                System.out.println("b set over!");
            }
            System.out.println(username + " num=" + num);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

运行结果是线程安全的：

b set over!
b num=200
a set over!
a num=100

实验结论：两个线程访问同一个对象中的同步方法是一定是线程安全的。本实现由于是同步访问，所以先打印出a，然后打印出b

这里线程获取的是HasSelfPrivateNum的对象实例的锁——对象锁。

2、多个对象多个锁

就上面的实例，我们将Run改成如下：

public class Run {

    public static void main(String[] args) {

        HasSelfPrivateNum numRef1 = new HasSelfPrivateNum();
        HasSelfPrivateNum numRef2 = new HasSelfPrivateNum();

        ThreadA athread = new ThreadA(numRef1);
        athread.start();

        ThreadB bthread = new ThreadB(numRef2);
        bthread.start();

    }

}

运行结果为：

a set over!
b set over!
b num=200
a num=100

这里是非同步的，因为线程athread获得是numRef1的对象锁，而bthread线程获取的是numRef2的对象锁，他们并没有在获取锁上有竞争关系，因此，出现非同步的结果

这里插播一下：同步不具有继承性

3、同步块synchronized (this)

我们先看看代码实例（Run.java）

public class Run {

    public static void main(String[] args) {
        ObjectService service = new ObjectService();

        ThreadA a = new ThreadA(service);
        a.setName("a");
        a.start();

        ThreadB b = new ThreadB(service);
        b.setName("b");
        b.start();
    }

}

class ObjectService {

    public void serviceMethod() {
        try {
            synchronized (this) {
                System.out.println("begin time=" + System.currentTimeMillis());
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("end end=" + System.currentTimeMillis());
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


class ThreadA extends Thread {

    private ObjectService service;

    public ThreadA(ObjectService service) {
        super();
        this.service = service;
    }

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

}


class ThreadB extends Thread {
    private ObjectService service;

    public ThreadB(ObjectService service) {
        super();
        this.service = service;
    }

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

运行结果：

begin time=1466148260341 end end=1466148262342 begin time=1466148262342 end end=1466148264378

这样也是同步的，线程获取的是同步块synchronized (this)括号（）里面的对象实例的对象锁，这里就是ObjectService实例对象的对象锁了。

需要注意的是synchronized (){}的{}前后的代码依旧是异步的

4、synchronized (非this对象)

我们先看看代码实例（Run.java）

public class Run {

    public static void main(String[] args) {

        Service service = new Service("xiaobaoge");

        ThreadA a = new ThreadA(service);
        a.setName("A");
        a.start();

        ThreadB b = new ThreadB(service);
        b.setName("B");
        b.start();

    }

}

class Service {

    String anyString = new String();

    public Service(String anyString){
        this.anyString = anyString;
    }

    public void setUsernamePassword(String username, String password) {
        try {
            synchronized (anyString) {
                System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName()
                        + "在" + System.currentTimeMillis() + "进入同步块");
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName()
                        + "在" + System.currentTimeMillis() + "离开同步块");
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

class ThreadA extends Thread {
    private Service service;

    public ThreadA(Service service) {
        super();
        this.service = service;
    }

    @Override
    public void run() {
        service.setUsernamePassword("a", "aa");

    }

}


class ThreadB extends Thread {

    private Service service;

    public ThreadB(Service service) {
        super();
        this.service = service;
    }

    @Override
    public void run() {
        service.setUsernamePassword("b", "bb");

    }

}

不难看出，这里线程争夺的是anyString的对象锁，两个线程有竞争同一对象锁的关系，出现同步

现在有一个问题：一个类里面有两个线程要访问同一个非静态同步方法，会有影响么？

答案是：如果对象实例A，线程1获得了对象A的对象锁，那么其他线程就不能进入需要获得对象实例A的对象锁才能访问的同步代码（包括同步方法和同步块）。不理解可以细细品味一下！

5、静态synchronized同步方法

我们直接看代码实例：

public class Run {

    public static void main(String[] args) {

        ThreadA a = new ThreadA();
        a.setName("A");
        a.start();

        ThreadB b = new ThreadB();
        b.setName("B");
        b.start();

    }

}

class Service {

    synchronized public static void printA() {
        try {
            System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName()
                    + "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printA");
            Thread.sleep(3000);
            System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName()
                    + "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printA");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    synchronized public static void printB() {
        System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在"
                + System.currentTimeMillis() + "进入printB");
        System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在"
                + System.currentTimeMillis() + "离开printB");
    }

}


class ThreadA extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        Service.printA();
    }

}


class ThreadB extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        Service.printB();
    }
}

运行结果：

线程名称为：A在1466149372909进入printA
线程名称为：A在1466149375920离开printA
线程名称为：B在1466149375920进入printB
线程名称为：B在1466149375920离开printB

两个线程在争夺同一个类锁，因此同步

6、synchronized (class)

对上面Service类代码修改成如下：

class Service {

    public static void printA() {
        synchronized (Service.class) {
            try {
                System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName()
                        + "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printA");
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName()
                        + "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printA");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

    public static void printB() {
        synchronized (Service.class) {
            System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName()
                    + "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printB");
            System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName()
                    + "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printB");
        }
    }
}

运行结果：

线程名称为：A在1466149372909进入printA
线程名称为：A在1466149375920离开printA
线程名称为：B在1466149375920进入printB
线程名称为：B在1466149375920离开printB

两个线程依旧在争夺同一个类锁，因此同步

补充概念（反射）
1.类名.class  是来自 反射的概念，类名.class是获得这个类所对应的Class实例。
2.从面向对象的角度上来看，类也是对象，它们是类这个类对象，听起来有些抽象，但是在java中的实现就是所有的加载进来的类在虚拟机中都是一个java.lang.Class类的对象，而“类名.class”就是获得这个类的对象(在同一个ClassLoader中，类对象都是单例的)
3.Class是对某个类的描述
4.当虚拟机载入某个class文件时，首先生成该class文件对应的类的Class对象，即 对象描述类
*******即可以理解为：类名.class 是获得这个类的 类描述对象（一个类对应只有一个类描述对象【对象里面是对类的描述】）

需要特别说明：对于同一个类A，线程1争夺A对象实例的对象锁，线程2争夺类A的类锁，这两者不存在竞争关系。也就说对象锁和类锁互不干预内政

静态方法则一定会同步，非静态方法需在单例模式才生效，但是也不能都用静态同步方法，总之用得不好可能会给性能带来极大的影响。另外，有必要说一下的是spring的bean默认是单例的。

线程死锁

死锁对Java程序来说，是很复杂的，也很难发现问题。当两个线程被阻塞，每个线程在等待另一个线程时就发生死锁。

还是看一个比较直观的死锁例子：

public class DeadlockRisk { 
    private static class Resource { 
        public int value; 
    } 

   private Resource resourceA = new Resource(); 
    private Resource resourceB = new Resource(); 

   public int read() { 
        synchronized (resourceA) { 
            synchronized (resourceB) { 
                return resourceB.value + resourceA.value; 
            } 
        } 
    } 

  public void write(int a, int b) { 
        synchronized (resourceB) { 
            synchronized (resourceA) { 
                resourceA.value = a; 
                resourceB.value = b; 
            } 
        } 
    } 
}

假设read()方法由一个线程启动，write()方法由另外一个线程启动。读线程将拥有resourceA锁，写线程将拥有resourceB锁，两者都坚持等待的话就出现死锁。

实际上，上面这个例子发生死锁的概率很小。因为在代码内的某个点，CPU必须从读线程切换到写线程，所以，死锁基本上不能发生。

但是，无论代码中发生死锁的概率有多小，一旦发生死锁，程序就死掉。有一些设计方法能帮助避免死锁，包括始终按照预定义的顺序获取锁这一策略。

    原文作者：java锁
    原文地址: https://blog.csdn.net/qq_33530388/article/details/63257485
    本文转自网络文章，转载此文章仅为分享知识，如有侵权，请联系博主进行删除。

一、synchronized关键字

1、 在需要同步的方法的方法签名中加入synchronized关键字。

2、使用synchronized块对需要进行同步的代码段进行同步。

二、Java中的对象锁和类锁

三、synchronized关键字各种用法与实例

1、我们先看看非线程安全实例（Run.java）：

2、多个对象多个锁

3、同步块synchronized (this)

4、synchronized (非this对象)

5、静态synchronized同步方法

6、synchronized (class)

线程死锁

1、在需要同步的方法的方法签名中加入synchronized关键字。