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Java關(guān)鍵字synchronized基本使用詳解

更新時間：2024年01月03日 08:23:52 作者：小塵要自信

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Java關(guān)鍵字synchronized基本使用的相關(guān)資料,synchronized可以用來同步靜態(tài)和非靜態(tài)方法,文中通過代碼介紹的非常詳細(xì),需要的朋友可以參考下

基本使用

Java中的synchronized關(guān)鍵字用于在多線程環(huán)境下確保數(shù)據(jù)同步。它可以用來修飾方法和代碼塊

當(dāng)一個線程訪問一個對象的synchronized方法或代碼塊時，其他線程將無法訪問該對象的其他synchronized方法或代碼塊。這樣可以確保在同一時間只有一個線程能夠執(zhí)行該代碼塊或方法，避免了多線程環(huán)境下的數(shù)據(jù)不一致問題，例如：

public class SynchronizedExample {
    private int count = 0;
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
}

在上面的代碼中，increment()方法是一個synchronized方法。當(dāng)多個線程訪問這個方法時，只有一個線程能夠執(zhí)行該方法的代碼，其他線程將被阻塞。
synchronized關(guān)鍵字也可以用來修飾代碼塊，如：

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

在上面的代碼中，synchronized關(guān)鍵字修飾的是一個代碼塊，并且鎖對象是當(dāng)前對象(this)

注意：synchronized關(guān)鍵字會導(dǎo)致線程上下文切換和資源競爭，所以在使用時要注意性能問題

源碼解析

底層實現(xiàn)是通過 Java 虛擬機(jī)（JVM）的對象頭和監(jiān)視器鎖機(jī)制實現(xiàn)的

具體來說，當(dāng)一個線程訪問一個對象的 synchronized 方法或代碼塊時，它會試圖獲取該對象的監(jiān)視器鎖。如果該鎖未被其他線程占用，該線程將獲得該鎖并執(zhí)行代碼；如果該鎖被其他線程占用，該線程將進(jìn)入阻塞狀態(tài)，等待獲取該鎖

synchronized 是Java中用于實現(xiàn)同步的關(guān)鍵字，它在底層通過監(jiān)視器鎖（Monitor）來實現(xiàn)。下面是synchronized的源碼解析：

在Java中，每個對象都有一個與之關(guān)聯(lián)的監(jiān)視器鎖，也稱為內(nèi)置鎖或?qū)ο箧i。當(dāng)線程進(jìn)入一個synchronized方法或代碼塊時，它會嘗試獲取該對象的監(jiān)視器鎖。如果鎖沒有被其他線程占用，則該線程獲得鎖并開始執(zhí)行代碼；如果鎖已經(jīng)被其他線程占用，則該線程將被阻塞，直到鎖被釋放。

在Java虛擬機(jī)中，每個對象頭中都包含一部分用于實現(xiàn)synchronized的相關(guān)信息。這些信息包括：

mark word：用于存儲對象的標(biāo)記信息，包括鎖的狀態(tài)。
Klass pointer：指向?qū)ο蟮念愒獢?shù)據(jù)，包括synchronized的相關(guān)信息。
monitor：與對象關(guān)聯(lián)的監(jiān)視器，它記錄了當(dāng)前占用鎖的線程、等待鎖的線程隊列等。

當(dāng)一個線程嘗試獲取一個對象的鎖時，虛擬機(jī)會檢查對象頭中的標(biāo)記信息。如果對象的鎖狀態(tài)為無鎖狀態(tài)，即未被其他線程占用，則該線程可以獲取鎖，并將標(biāo)記信息設(shè)置為鎖定狀態(tài)。如果對象的鎖狀態(tài)為已鎖定，并且當(dāng)前線程是鎖的所有者，則該線程可以繼續(xù)執(zhí)行代碼。如果對象的鎖狀態(tài)為已鎖定，并且當(dāng)前線程不是鎖的所有者，則該線程將被放入等待隊列中，進(jìn)入阻塞狀態(tài)。

當(dāng)持有鎖的線程執(zhí)行完synchronized方法或代碼塊后，它會釋放鎖，即將對象頭中的鎖狀態(tài)置為無鎖狀態(tài)，并喚醒等待隊列中的一個線程，使其獲取鎖并繼續(xù)執(zhí)行。

需要注意的是，synchronized關(guān)鍵字可以修飾方法和代碼塊。在方法上修飾的synchronized表示對整個方法進(jìn)行同步，而在代碼塊上修飾的synchronized表示對該代碼塊進(jìn)行同步，使用的鎖對象通常是方法所屬對象或指定的對象。

總結(jié)起來，通過監(jiān)視器鎖的機(jī)制，Java的synchronized能夠保證同一時刻只有一個線程訪問同步代碼塊或方法，避免了多線程的數(shù)據(jù)競爭和并發(fā)問題。

這里給出一份簡化的 synchronized 關(guān)鍵字的源碼：

public void synchronized method() {
    // 加鎖
    Monitor.enter(this);
    try {
        // 同步代碼塊
    } finally {
        // 釋放鎖
        Monitor.exit(this);
    }
}

在這份代碼中，方法通過調(diào)用 Monitor.enter 方法獲取當(dāng)前對象的監(jiān)視器鎖，并在 finally 塊中調(diào)用 Monitor.exit 方法釋放該鎖。因此，在 synchronized 方法內(nèi)部的代碼可以保證在任意時刻只有一個線程可以訪問

常見面試題

synchronized 方法和 synchronized 塊的區(qū)別是什么？
作用范圍：synchronized 方法將整個方法體作為同步區(qū)塊，而 synchronized 塊可以將任意代碼塊作為同步區(qū)塊
鎖的對象：synchronized 方法鎖定的是整個對象，而 synchronized 塊鎖定的是在括號內(nèi)指定的對象
可控性：synchronized 方法的同步粒度比較大，不夠靈活；而 synchronized 塊可以更靈活地控制同步代碼塊的大小
綜上所述，在確定同步粒度時，通常使用 synchronized 塊比使用 synchronized 方法更靈活，但是如果整個方法都需要同步，使用 synchronized 方法會更加簡單易懂
什么情況下可以使用 synchronized 關(guān)鍵字？
synchronized 關(guān)鍵字可以用于在多線程環(huán)境下保證方法或代碼塊的原子性。具體來說，如果一個線程正在執(zhí)行同步方法或代碼塊，則其他線程將無法訪問該方法或代碼塊
常見情況包括：
當(dāng)多個線程訪問共享資源時，可以使用 synchronized 關(guān)鍵字保證線程的安全
在訪問共享變量時，需要對其進(jìn)行同步控制
在線程通信中，可以使用 synchronized 關(guān)鍵字保證線程之間的同步通信
synchronized 關(guān)鍵字的性能開銷如何？
synchronized 關(guān)鍵字的使用會帶來一些性能開銷，因為它需要在多個線程之間進(jìn)行同步。當(dāng)線程訪問同步代碼塊時，它必須獲得鎖，這會增加額外的開銷。如果同步代碼塊執(zhí)行時間過長，其他線程將一直等待，進(jìn)而降低程序的性能。
因此，應(yīng)該盡量避免在高并發(fā)情況下使用 synchronized，或者使用其他的并發(fā)控制機(jī)制，如 java.util.concurrent 包中的鎖和原子操作類等。
synchronized 關(guān)鍵字如何實現(xiàn)可重入？
“可重入” 指的是同一線程可以多次獲取同一個鎖。例如，當(dāng)線程 A 進(jìn)入一個同步塊時，如果它再次試圖進(jìn)入該塊，則可以再次獲取鎖，而不會發(fā)生死鎖
在 Java 中，synchronized 關(guān)鍵字可以實現(xiàn)可重入，原因如下：
synchronized 關(guān)鍵字使用對象監(jiān)視器鎖來實現(xiàn)同步。
對象監(jiān)視器鎖是基于線程的，并且每個線程有一個獨立的計數(shù)器，用于跟蹤它在當(dāng)前對象上獲取的鎖的數(shù)量。
當(dāng)線程試圖獲取鎖時，如果它已經(jīng)擁有該鎖，則計數(shù)器將遞增。
當(dāng)線程退出同步塊時，計數(shù)器將遞減。
只有當(dāng)計數(shù)器為零時，該線程才會釋放鎖。
因此，如果一個線程在同一對象上多次進(jìn)入同步塊，它將多次獲得該鎖，并在退出該塊時多次釋放該鎖。因此，synchronized 關(guān)鍵字是可重入的。