synchronized对象锁与类锁用法&如何用synchronized锁字符串对象，这里面的坑要注意

一、概念

1. 概念

synchronized是java中的关键字，可以在需要线程安全的业务场景中进行使用，保证线程安全，它是利用锁机制来实现同步的。

2. 特性

• 原子性：同一时间只允许一个线程持有某个对象锁，对需同步的代码块(复合操作)进行访问，是一种排他的机制，因此被synchronized关键字修饰的同步代码块是无法被中途打断的，能保证代码的原子性
• 可见性：synchronized关键字包括monitor enter和monitor exit两个JVM命令，它能保证在任何时候任何线程执行到monitor enter成功之前都必须从主内存中获取数据，而不是从缓存中，在monitor exit运行成功之后，共享变量被更新后的值必须刷入主内存。
• 有序性：synchronized的指令严格遵守java happens-before规则，一个monitor exit指令之前必定要有一个monitor enter；这种顺序性是以程序的串行化执行换来的，在synchronized关键字所修饰的代码块中代码指令也会发生指令重排序的情况

二、用法分类

1. 按照修饰对象

• 修饰代码块
  • synchronized(this|object) {}
  • synchronized(类.class) {}
• 修饰方法
  • 修饰非静态方法
  • 修饰静态方法

2. 按照获取的锁分类

• 获取对象锁
  • synchronized(this|object) {}
  • 修饰非静态方法
• 获取类锁
  • synchronized(类.class) {}
  • 修饰静态方法
• 对象锁与类锁的区别
  • 对象锁：每个实例都会有一个monitor对象，即Java对象的锁，类的对象可以有多个，所以每个对象有其独立的对象锁，互不干扰
  • 类锁：每个类只有一个Class对象，所以每个类只有一个类锁；类锁是加载类上的，而类信息是存在JVM方法区的，并且整个JVM只有一份，方法区又是所有线程共享的，所以类锁是所有线程共享的

三、代码实战

1. 锁住实体中的非静态变量(对象锁)

@Slf4j
public class SyncThread implements Runnable {

    private final Object lock = new Object();

    @Override
    public void run() {
        syncMethod();
    }

    private void syncMethod() {
        log.info("thread in");
        synchronized (lock) {
            try {
                log.info("thread start");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                log.info("thread end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

测试代码

public class SyncTest {

    public static void main(String[] args) {
        SyncThread syncThread = new SyncThread();
        new Thread(new SyncThread(), "thread-1").start();
        new Thread(new SyncThread(), "thread-2").start();
        new Thread(syncThread, "thread-3").start();
        new Thread(syncThread, "thread-4").start();
    }
}

运行结果

结论：如果是同一个实例，就会按顺序访问，如果是不同实例，就可以同时访问

2. 锁住实体中的静态变量(类锁)

@Slf4j
public class SyncThread implements Runnable {

    private static final Object lock = new Object();

    @Override
    public void run() {
        syncMethod();
    }

    private void syncMethod() {
        log.info("thread in");
        synchronized (lock) {
            try {
                log.info("thread start");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                log.info("thread end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

运行结果

结论：所有实例按照顺序访问

3. 锁住无关对象

@Slf4j
public class SyncThread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        syncMethod();
    }

    private void syncMethod() {
        log.info("thread in");
        synchronized (new SyncThread()) {
            try {
                log.info("thread start");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                log.info("thread end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

运行结果

结论：所有实例同时访问

4. 锁住this对象(对象锁)

@Slf4j
public class SyncThread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        syncMethod();
    }

    private void syncMethod() {
        log.info("thread in");
        synchronized (this) {
            try {
                log.info("thread start");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                log.info("thread end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

运行结果

结论：如果是同一个实例，就会按顺序访问，如果是不同实例，就可以同时访问

5. 锁住类对象(类锁)

@Slf4j
public class SyncThread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        syncMethod();
    }

    private void syncMethod() {
        log.info("thread in");
        synchronized (SyncThread.class) {
            try {
                log.info("thread start");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                log.info("thread end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

执行结果

结论：所有实例按照顺序访问

6. 锁住非静态方法(对象锁)

@Slf4j
public class SyncThread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        syncMethod();
    }

    private synchronized void syncMethod() {
        log.info("thread in");
        try {
            log.info("thread start");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            log.info("thread end");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果

结论：如果是同一个实例，就会按顺序访问，如果是不同实例，就可以同时访问

7. 锁住静态方法(类锁)

@Slf4j
public class SyncThread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        syncMethod();
    }

    private synchronized static void syncMethod() {
        log.info("thread in");
        try {
            log.info("thread start");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            log.info("thread end");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果

结论：所有实例按照顺序访问

四、总结

写在前面

我们使用synchronized通常都有这样一个误区：synchronized锁住的代码块一定是所有线程都互斥的。
其实不然！

首先我们明确一点，synchronized锁住的是一个对象！如果锁住的这个对象，在多个线程中相同，那么这些线程访问synchronized修饰的代码块时，总是互斥的。
但是！如果锁住的这个对象，在多个线程中是不同的，那么这些线程访问synchronized修饰的代码块，是不会互斥的！

synchronized锁对象

固定测试类

class T1{
    public T1(String id) {
        this.id = id;
    }

    private String id;

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }
}

synchronized锁固定对象

public class SynchronzedStringTest {

    private static Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() ->{
            try {
                m1();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        m1();

        Thread.sleep(10000);
    }

    /**
     * 加锁
     */
    public static void m1() throws InterruptedException {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进来了" + new Date());
        synchronized (lock) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到锁" + new Date());
            Thread.sleep(2000);
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束了" + new Date());
    }
}

执行结果：

main进来了Mon Aug 15 10:19:47 CST 2022
main获取到锁Mon Aug 15 10:19:47 CST 2022
Thread-0进来了Mon Aug 15 10:19:47 CST 2022
Thread-0获取到锁Mon Aug 15 10:19:49 CST 2022
main结束了Mon Aug 15 10:19:49 CST 2022
Thread-0结束了Mon Aug 15 10:19:51 CST 2022

我们可以看到，Thread-0线程和main线程，执行synchronized代码块是互斥的。
但是，这种加锁方式太笨重，每一个线程执行到synchronized代码块都会互斥。

synchronized锁新建对象

public class SynchronzedStringTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1("t1");
        T1 t2 = new T1("t1");
        new Thread(() ->{
            try {
                m1(t1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        m1(t2);

        Thread.sleep(10000);
    }

    /**
     * 加锁
     */
    public static void m1(T1 t1) throws InterruptedException {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进来了" + new Date());
        synchronized (t1) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到锁" + new Date());
            Thread.sleep(2000);
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束了" + new Date());
    }
}

执行结果：

main进来了Mon Aug 15 10:45:40 CST 2022
main获取到锁Mon Aug 15 10:45:40 CST 2022
Thread-0进来了Mon Aug 15 10:45:40 CST 2022
Thread-0获取到锁Mon Aug 15 10:45:40 CST 2022
main结束了Mon Aug 15 10:45:42 CST 2022
Thread-0结束了Mon Aug 15 10:45:42 CST 2022

我们可以看到，Thread-0线程和main线程，执行synchronized代码块并不互斥。
因为两个线程传参的T1其实是两个不同的对象（虽然对象中的id值是一样的），所以synchronized虽然加锁了，但是由于两个对象是不一样的，所以两个线程并不会互斥。

synchronized锁对象的业务id

id已经存在字符串常量池中

public class SynchronzedStringTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1("t1");
        T1 t2 = new T1("t1");
        new Thread(() ->{
            try {
                m1(t1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        m1(t2);

        Thread.sleep(10000);
    }

    /**
     * 加锁
     */
    public static void m1(T1 t1) throws InterruptedException {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进来了" + new Date());
        synchronized (t1.getId()) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到锁" + new Date());
            Thread.sleep(2000);
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束了" + new Date());
    }
}

执行结果：

Thread-0进来了Mon Aug 15 10:48:11 CST 2022
Thread-0获取到锁Mon Aug 15 10:48:11 CST 2022
main进来了Mon Aug 15 10:48:11 CST 2022
main获取到锁Mon Aug 15 10:48:13 CST 2022
Thread-0结束了Mon Aug 15 10:48:13 CST 2022
main结束了Mon Aug 15 10:48:15 CST 2022

我们可以发现，Thread-0线程和main线程，执行synchronized代码块是互斥的。
因为synchronized锁住的字符串，其实是已经定义在字符串常量池中的。

其中t1和t2中显式定义的id，已经存在了字符串常量池中，而t1和t2的id，在字符串常量池中的指向是一致的，所以synchronized锁住的字符串被认为是同一个对象。

id不存在字符串常量池中

public class SynchronzedStringTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        String s1 = "a";
        String s2 = "b";
        T1 t1 = new T1(s1 + s2);
        T1 t2 = new T1(s1 + s2);
        new Thread(() ->{
            try {
                m1(t1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        m1(t2);

        Thread.sleep(10000);
    }

    /**
     * 加锁
     */
    public static void m1(T1 t1) throws InterruptedException {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进来了" + new Date());
        synchronized (t1.getId()) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到锁" + new Date());
            Thread.sleep(2000);
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束了" + new Date());
    }
}

执行结果：

Thread-0进来了Mon Aug 15 10:52:41 CST 2022
Thread-0获取到锁Mon Aug 15 10:52:41 CST 2022
main进来了Mon Aug 15 10:52:41 CST 2022
main获取到锁Mon Aug 15 10:52:41 CST 2022
Thread-0结束了Mon Aug 15 10:52:43 CST 2022
main结束了Mon Aug 15 10:52:43 CST 2022

我们可以发现，Thread-0线程和main线程，执行synchronized代码块不是互斥的。
这是因为虽然t1和t2的id都是一样的，但是字符串[a+b] 最终的结果实际是new 的新的String，并不会存在字符串常量池中，所以synchronized认为其锁住的字符串其实并不是同一个对象。

手动将id存在字符串常量池中

public class SynchronzedStringTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        String s1 = "a";
        String s2 = "b";
        T1 t1 = new T1(s1 + s2);
        T1 t2 = new T1(s1 + s2);
        new Thread(() ->{
            try {
                m1(t1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        m1(t2);

        Thread.sleep(10000);
    }

    /**
     * 加锁
     */
    public static void m1(T1 t1) throws InterruptedException {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进来了" + new Date());
        synchronized (t1.getId().intern()) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到锁" + new Date());
            Thread.sleep(2000);
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束了" + new Date());
    }
}

执行结果：

Thread-0进来了Mon Aug 15 10:58:48 CST 2022
Thread-0获取到锁Mon Aug 15 10:58:48 CST 2022
main进来了Mon Aug 15 10:58:48 CST 2022
Thread-0结束了Mon Aug 15 10:58:50 CST 2022
main获取到锁Mon Aug 15 10:58:50 CST 2022
main结束了Mon Aug 15 10:58:52 CST 2022

我们可以发现，Thread-0线程和main线程，执行synchronized代码块是互斥的。
因为我们调用了.intern()方法，将字符串统一放到字符串常量池中管理，相同的字符串代表的对象地址是一样的。

总结

synchronized是一个对象锁，在单机环境下，我们最好不要使用固定的对象进行加锁，使用业务id对指定业务进行加锁可以提高很多并发量。

集群环境下还是不要使用synchronized了。