Java 中的 synchronized 块是如何工作的？

  • mingtian66

    2024-11-19 11:02:16
  • Java
  • 原创

在 Java 中，synchronized 块是用来实现线程同步的关键机制，确保多个线程在访问共享资源时，能够保持一致性并避免竞争条件（race conditions）。
工作原理

    锁的概念：synchronized 使用**锁（monitor lock）**来实现线程同步。每个对象在 JVM 中都有一个隐式的锁（也称为监视器 monitor），当线程进入 synchronized 块时，它需要先获取该锁。
    锁的行为：
        获取锁：一个线程进入 synchronized 块之前，必须先获得相关对象的锁。如果其他线程已经持有该锁，则当前线程会阻塞，直到锁被释放。
        执行代码：一旦线程获得锁，就可以执行 synchronized 块中的代码。
        释放锁：synchronized 块执行完后，锁会自动释放。即使代码因为异常中断，锁也会释放。

使用方法
1. 同步实例方法

锁定的是当前对象实例。

public synchronized void criticalSection() {
    // 临界区代码
}

等价于：

public void criticalSection() {
    synchronized (this) {
        // 临界区代码
    }
}

2. 同步静态方法

锁定的是类的 Class 对象。

public static synchronized void criticalSection() {
    // 临界区代码
}

等价于：

public static void criticalSection() {
    synchronized (MyClass.class) {
        // 临界区代码
    }
}

3. 同步代码块

可以更灵活地选择锁定的对象，范围更小。

public void criticalSection() {
    Object lock = new Object(); // 也可以是任意对象
    synchronized (lock) {
        // 临界区代码
    }
}

示例：共享计数器

以下是一个典型的线程安全计数器示例：

public class Counter {
    private int count = 0;

    public void increment() {
        synchronized (this) {
            count++;
        }
    }

    public int getCount() {
        synchronized (this) {
            return count;
        }
    }
}

多个线程调用 increment() 和 getCount() 方法时，会通过 synchronized 确保线程安全。
注意点

    锁的粒度：
        锁的粒度越大（例如整个方法），性能开销也会越大。
        推荐使用尽量小的锁范围（例如代码块）来提高并发性能。

    死锁风险： 如果多个线程尝试获取多个锁，并且获取顺序不一致，可能会引发死锁。编写代码时需特别注意锁的顺序。

    性能影响： synchronized 会增加线程切换的开销，但在现代 JVM 中，通过偏向锁和轻量级锁优化，大多数情况下性能已显著提升。

    可重入性： synchronized 是可重入锁，即同一线程可以多次进入已持有的锁。

对比其他锁机制

    ReentrantLock：提供了更灵活的加锁功能，比如可以尝试获取锁（tryLock）或中断等待锁（lockInterruptibly）。
    synchronized：更简单易用，适合大多数普通同步场景。

如果你对某部分感兴趣，或者想了解底层实现细节（如 JVM 的 monitorenter 和 monitorexit），可以深入讨论！

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