Synchronized 基本使用

1. 修饰实例方法

public class SynchronizedMethods{
    
    private int sum = 0;

    public synchronized void calculate(){
        sum = sum + 1;
    }
}

这种情况下的锁对象是当前实例对象，因此只有同一个实例对象调用此方法才会产生互斥效果；不同的实例对象之间不会有互斥效果。 比如如下代码：

 上述代码是在不同线程中用不同的对象调用 printLog() 方法，彼此之间不会有排斥，运行结果如下：可以看出两个线程是交互执行的。

将上述代码做如下修改， 两个线程调用同一个对象的 printLog() 方法

执行效果如下， 只有某一个线程中的代码执行完后才会调用另外一个线程中的代码。此时两个线程之间是互斥的。

2. 修饰静态方法

如果 synchronized 修饰的是静态方法，则锁对象是当前类的 Class 对象。即使在不同线程中调用不同实例对象，也会有互斥效果。修改代码如下

执行结果如下，可以看出两个线程还是依次执行的。

3. 修饰代码块

如果 synchronized 修饰的是代码块，则锁对象是括号"()"里的对象。如下代码可以看出，任何 Object 对象都可以看着锁对象

执行结果如下，可以看出两个线程还是依次执行的。

实现细节

synchronized 既可以作用于方法也可以作用于代码块。但在实现上是有区别的，比如如下代码使用 synchronized 作用于代码块

使用 javap -c Foo 查看上述代码的字节码，如下

可以看出，编译成的字节码包含 monitorenter 和 monitorexit 俩个字节码指令。

注意：有两个 monitorexit。虚拟机需要保证当异常出现时也能释放锁，因此两个 monitorexit ，一个是代码正常执行结束后释放锁，一个是代码执行异常时释放锁。

synchronized 修饰方法，如下所示。被 synchronized 修饰方法被编译成字节码后，在方法的 flags 属性中会被标记为 ACC_SYNCHRONIZED。当虚拟机访问一个被标记为ACC_SYNCHRONIZED的方法时，会自动在方法开始和结束时添加 monitorenter 和 monitorexit 指令。

monitorenter 和 monitorexit 可以理解为一把具体的锁，这个锁中保存着两个比较重要的属性：计数器和指针。

计数器：代表当前线程一共访问了几次这把锁；

指针：指向持有这把锁的线程。

ReentrantLock 的基本使用

ReentrantLock 的使用同 Synchronized 优点不同，它的加锁和解锁需要手动完成。

如上代码所示，ReentrantLock.lock() 和 ReentrantLock.unlock() 都需要手动完成。运行效果如下。ReentrantLock 也能实现于 Synchronized 相同的效果。

注意：将 unlock() 操作放在 finally 代码块中，是因为 ReentrantLock 并不会自动释放锁，当异常发生时，确保释放锁操作一定会被执行（finally 里的代码在异常发生时，也能执行）。而 Synchronized 在异常发生时会自动释放锁。

公平锁实现

ReentrantLock 有一个带参数的构造器，如下。

默认情况下 Synchronized 和 ReentrantLock 都是非公平锁，但是 ReentrantLock 可以通过传入一个 true 来创建一个公平锁。

公平锁：通过同步队列来实现多个线程按照申请锁的先后顺序获取锁。

使用实例如下：

读写锁(ReentrantReadWriteLock)

在常见的开发中，经常会定义一个线程间共享的用作缓存的数据结构。比如一个较大的 Map，缓存中保存了全部的城市 Id 和 name 对应关系。这个大 Map 绝大部分时间提供读服务，而写操作占用的时间很少，通常是在服务器启动时初始化，然后可以每隔一段时间再刷新缓存的数据。但是写操作开始到结束之间，不能再有其它读操作进行，并且写操作完成之后的更新数据需要对后续的读操作可见。

使用 concurrent 包中的读写锁（ReentrantReadWriteLock）实现上述功能，只需要在读操作时获取读锁，写操作时获取写锁即可。当写锁被获取到时，后续的读写锁都会被阻塞，写锁缩释放后，所有操作继续执行。

读写锁的使用

1. 创建读写锁

ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();

2. 通过读写锁对象分别获取读锁（ReadLock）和写锁（Write Lock）

ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = rwLock.readLock();
ReentrantReadWriteLock.ReadLock writeLock = rwLock.writeLock();

3. 使用读锁同步缓存读操作，使用写锁同步缓存写操作

// 读操作
readLock.lock();
try{
    // 从缓存中读取数据
} finally{
    readLock.unlock();
}

// 写操作
writeLock.lock();
try{
    // 想缓存中写入数据
} finally{
    writeLock.lock();
}

具体实现

 如上代码，图中的 number 是线程中共享的数据，用来模拟缓存数据；图中1处，分别创建2个 Reader 线程并从缓存中读取数据，1个 Writer 将数据写入缓存中；图中2处，使用读锁（ReadLock）将读取数据的操作枷锁；图中3处，使用写锁（WriteLock）将写入数据到缓存中的操作加锁。

总结

● Java中两个实现同步的方式synchronized和ReentrantLock

● synchronized使用更简单，加锁和释放锁都是由虚拟机自动完成

● ReentrantLock需要开发者手动去完成，很Reentrantl ock的使用场景更多
公平锁和读写锁都可以在复杂场景中发挥重要作用。