內容翻譯稍感欠缺，待補充。有問題，請指正，多謝。
原文：Guide to the Synchronized Keyword in Java
1.概述
這是一篇關于Java中使用synchronized block的快速上手指南。
簡單的說，在多線程環境中，當兩個及以上的線程試圖同時更新不變的共享數據時，會出現競爭的情況。Java提供了一個避免競爭的解決辦法，通過同步訪問共享數據的線程。
被synchronized關鍵字標注的一段代碼會編程同步代碼塊，在給定的時間內只允許執行一個線程。
2.為什么使用Synchronization?
想想常見的一種競爭情況，在進行和運算時，多個線程同時執行calculate()方法。
public class BaeldungSynchronizedMethods {
private int sum = 0;
public void calculate() {
setSum(getSum() + 1);
}
// standard setters and getters
}
寫一個簡單的測試程序：
@Test
public void givenMultiThread_whenNonSyncMethod() {
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);
BaeldungSynchronizedMethods summation = new BaeldungSynchronizedMethods();
IntStream.range(0, 1000)
.forEach(count -> service.submit(summation::calculate));
service.awaitTermination(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
assertEquals(1000, summation.getSum());
}
上述代碼使用ExecutorService線程池運行3個線程執行calculate()1000次。
如果按照順序執行，會得到期望的結果1000。但是多個線程執行幾乎每次 都會出現失敗的情況，與實際的輸出結果不一致，例如：
java.lang.AssertionError: expected:<1000> but was:<965>
at org.junit.Assert.fail(Assert.java:88)
at org.junit.Assert.failNotEquals(Assert.java:834)
這當然不是期望的結果。
一個簡單方法就是使用synchronized關鍵字來避免出現競爭條件來保證操作線程安全。
3. Synchronized 關鍵字
synchronized關鍵字可用于不同的級別：
- 實例方法
- 靜態方法
- 代碼塊
當使用synchronized塊時，Java內部使用一個監視器（也稱為監視鎖或內部鎖）來提供同步。這些監視器都是綁定到同一個對象上，因此同一個對象的所有同步代碼塊同時只能有一個線程來執行他們。
3.1 Synchronized 實例方法
簡單地在方法聲明前面添加synchronized關鍵字即可同步方法
public synchronized void synchronisedCalculate() {
setSum(getSum() + 1);
}
一旦我們同步synchronisedCalculate()，在上面的測試代碼中會得到真正的輸出結果1000.
@Test
public void givenMultiThread_whenMethodSync() {
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);
SynchronizedMethods method = new SynchronizedMethods();
IntStream.range(0, 1000)
.forEach(count -> service.submit(method::synchronisedCalculate));
service.awaitTermination(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
assertEquals(1000, method.getSum());
}
這些實例方法是在擁有這個方法的類實例中同步的。意味著該類的每個實例只有一個線程可以執行這個方法。
3.2 Synchronized 靜態方法
靜態方法使用與實例方法類似：
public static synchronized void syncStaticCalculate() {
staticSum = staticSum + 1;
}
這些方法在與類關聯的類對象上進行同步，并且因為在每個JVM（Java虛擬機），每個類只存在一個類對象，因此在每個類的靜態方法內部智能執行一個線程，而與該類有多少個實例無關。
注：靜態方法、靜態字段屬于類，而非屬于某個類的對象，調用的時候也是通過類來調用。
通過代碼來測試一下：
@Test
public void givenMultiThread_whenStaticSyncMethod() {
ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
IntStream.range(0, 1000)
.forEach(count ->
service.submit(BaeldungSynchronizedMethods::syncStaticCalculate));
service.awaitTermination(100, TimeUnit.MILLISECONDS);
assertEquals(1000, BaeldungSynchronizedMethods.staticSum);
}
注意與實例方法的區別，一個通過實例調用方法，一個通過類調用方法。
3.3. Synchronized 方法內部 Blocks
有時，我們并不需要同步整個方法，只想同步方法內部的幾條指令。這個可以通過同步代碼塊來實現，如下：
public void performSynchrinisedTask() {
synchronized (this) {
setCount(getCount()+1);
}
}
測試上述代碼:
@Test
public void givenMultiThread_whenBlockSync() {
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);
BaeldungSynchronizedBlocks synchronizedBlocks =
new BaeldungSynchronizedBlocks();
IntStream.range(0, 1000)
.forEach(count ->
service.submit(synchronizedBlocks::performSynchronisedTask));
service.awaitTermination(100, TimeUnit.MILLISECONDS);
assertEquals(1000, synchronizedBlocks.getCount());
}
注意，在同步代碼塊中使用了this參數。this指的是監視器對象，代碼塊是在當前監視器對象得到同步的。簡單的說，每個監視器對象只有一個線程可以執行該同步塊中的代碼。
如果方法是靜態的，我們需要傳遞類名而非對象引用。該類會成為同步代碼塊的監視器：
public static void performStaticSyncTask(){
synchronized (SynchronisedBlocks.class) {
setStaticCount(getStaticCount() + 1);
}
}
測試靜態方法中的代碼塊:
@Test
public void givenMultiThread_whenStaticSyncBlock() {
ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
IntStream.range(0, 1000)
.forEach(count ->
service.submit(BaeldungSynchronizedBlocks::performStaticSyncTask));
service.awaitTermination(100, TimeUnit.MILLISECONDS);
assertEquals(1000, BaeldungSynchronizedBlocks.getStaticCount());
}
4. 結論
在該快速指南中，我們了解了synchronized關鍵字幾種的不同使用方法來實現線程同步。
我們了解了競爭情況是如何影響我們應用的，并且通過使用同步化來避免這種情況。如果要了解更多線程安全的知識，請參考 java.util.concurrent.Locks 文章。
完整代碼示例請移步GitHub.
