一、synchronized的特性

（1）互斥

synchronized 通過互斥達(dá)到原子性（線程安全的四大特性之一）

synchronized 會(huì)起到互斥效果，某個(gè)線程執(zhí)行到某個(gè)對(duì)象的 synchronized 中時(shí)，其他線程如果也執(zhí)行到同一個(gè)對(duì)象 synchronized 就會(huì)阻塞等待。同一時(shí)間，只能一個(gè)線程擁有這把鎖，去執(zhí)行代碼。

1.進(jìn)入 synchronized 修飾的代碼塊, 相當(dāng)于 加鎖。

2.退出 synchronized 修飾的代碼塊, 相當(dāng)于 解鎖。

synchronized void increase（）{//進(jìn)入方法內(nèi)部，相當(dāng)于針對(duì)當(dāng)前對(duì)象 
        count++;

}//執(zhí)行完畢相當(dāng)于針對(duì)當(dāng)前對(duì)象“解鎖”

synchronized用的鎖是存在Java對(duì)象頭里的。synchronized的底層是使用操作系統(tǒng)的mutex lock實(shí)現(xiàn)的。

可以粗略理解成, 每個(gè)對(duì)象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的時(shí)候, 都存有一塊內(nèi)存表示當(dāng)前的 "鎖定" 狀態(tài)。如果當(dāng)前是 "未鎖定" 狀態(tài), 那么就可以使用, 使用時(shí)需要設(shè)為 "鎖定" 狀態(tài)。如果當(dāng)前是 "鎖定" 狀態(tài), 那么其他人無法使用, 只能排隊(duì)等待。一個(gè)線程先上了鎖，其他線程只能等待這個(gè)線程釋放。

注意點(diǎn)：

針對(duì)每一把鎖，操作系統(tǒng)內(nèi)部都維護(hù)了一個(gè)等待隊(duì)列。當(dāng)這個(gè)鎖被某個(gè)線程占有的時(shí)候， 其他線程嘗試進(jìn)行加鎖，就加不上了， 就會(huì)阻塞等待， 一直等到之前的線程解鎖之后，由操作系統(tǒng)喚醒一個(gè)新的線程，再來獲取到這個(gè)鎖。

上一個(gè)線程解鎖之后， 下一個(gè)線程并不是立即就能獲取到鎖。而是要靠操作系統(tǒng)來 "喚醒"。 這也就是操作系統(tǒng)線程調(diào)度的一部分工作。

假設(shè)有 A B C 三個(gè)線程，線程 A 先獲取到鎖，然后 B 嘗試獲取鎖， 然后 C 再嘗試獲取鎖，此時(shí) B和 C 都在阻塞隊(duì)列中排隊(duì)等待。 但是當(dāng) A 釋放鎖之后, 雖然 B 比 C 先來的， 但是 B 不一定就能獲取到鎖， 而是和 C 重新競(jìng)爭(zhēng)，并不遵守先來后到的規(guī)則。

（2）刷新內(nèi)存

synchronized 通過加鎖減鎖能保證內(nèi)存可見性。

synchronized 的工作過程:

1. 獲得互斥鎖

2. 從主內(nèi)存拷貝變量的最新副本到工作的內(nèi)存

3. 執(zhí)行代碼

4. 將更改后的共享變量的值刷新到主內(nèi)存

5. 釋放互斥鎖

所以 synchronized 也能保證內(nèi)存可見性。

（3）可重入

synchronized 只能有一定約束，并不能完全禁止指令重排序。synchronized 同步塊對(duì)同一條線程來說是可重入的，不會(huì)出現(xiàn)自己把自己鎖死的問題。

// 第一次加鎖, 加鎖成功
lock();
// 第二次加鎖, 鎖已經(jīng)被占用, 阻塞等待.
lock();

對(duì)于把自己鎖死，就是一個(gè)線程沒有釋放鎖，然后又嘗試再次加鎖。

按照之前對(duì)于鎖的設(shè)定， 第二次加鎖的時(shí)候會(huì)阻塞等待。直到第一次的鎖被釋放， 才能獲取到第二個(gè)鎖。釋放第一個(gè)鎖也是由該線程來完成， 結(jié)果這個(gè)線程已經(jīng)阻塞等待了，也就無法進(jìn)行解鎖操作。這時(shí)候就會(huì)死鎖。這樣的鎖稱為不可重入鎖。

Java中的synchronized是可重入鎖，因此不會(huì)出現(xiàn)上述問題?？芍厝腈i的內(nèi)部，包含了 "線程持有者" 和 "計(jì)數(shù)器" 兩個(gè)信息。如果某個(gè)線程進(jìn)行加鎖的時(shí)候， 發(fā)現(xiàn)鎖已經(jīng)被人占用， 占用者恰好是自己，那么仍然可以繼續(xù)獲取到鎖， 并讓計(jì)數(shù)器自增。解鎖的時(shí)候就是當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減為0的時(shí)候， 才真正釋放鎖，這時(shí)候鎖才能被別的線程獲取到。

二、synchronized的使用

（1）修飾普通方法

鎖的 SynchronizedDemo 對(duì)象

public class SynchronizedDemo {
    public synchronized void methond() {
    }
}

（2）修飾靜態(tài)方法

鎖的 SynchronizedDemo 類的對(duì)象

public class SynchronizedDemo {
    public synchronized static void method() {
    }
}

（3）修飾代碼塊

明確指定鎖的對(duì)象

鎖當(dāng)前對(duì)象

public class SynchronizedDemo {
    public void method() {
    synchronized (this) {
        }
    }
}

鎖類對(duì)象

public class SynchronizedDemo {
    public void method() {
        synchronized (SynchronizedDemo.class) {
        }
    }
}

需要注意的是兩個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)同一把鎖，才會(huì)產(chǎn)生阻塞等待。兩個(gè)線程分別嘗試獲取兩把不同的鎖，不會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。

三、synchronized的鎖機(jī)制

（1）基本特點(diǎn)

只考慮 JDK 1.8，加鎖工作過程：JVM 將 synchronized 鎖分為 無鎖、偏向鎖、輕量級(jí)鎖、重量級(jí)鎖 狀態(tài)。會(huì)根據(jù)情況，進(jìn)行依次升級(jí)。

1. 開始時(shí)是樂觀鎖, 如果鎖沖突頻繁, 就轉(zhuǎn)換為悲觀鎖.

2. 開始是輕量級(jí)鎖實(shí)現(xiàn), 如果鎖被持有的時(shí)間較長, 就轉(zhuǎn)換成重量級(jí)鎖.

3. 實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)鎖的時(shí)候大概率用到的自旋鎖策略

4. 是一種不公平鎖

5. 是一種可重入鎖

6. 不是讀寫鎖

（2）加鎖工作過程

1.偏向鎖

第一個(gè)嘗試加鎖的線程，優(yōu)先進(jìn)入偏向鎖狀態(tài)。

偏向鎖不是真的 "加鎖"， 只是給對(duì)象頭中做一個(gè) "偏向鎖的標(biāo)記"，記錄這個(gè)鎖屬于哪個(gè)線程。如果后續(xù)沒有其他線程來競(jìng)爭(zhēng)該鎖，那么就不用進(jìn)行其他同步操作了，避免了加鎖解鎖的開銷。如果后續(xù)有其他線程來競(jìng)爭(zhēng)該鎖，因?yàn)閯偛乓呀?jīng)在鎖對(duì)象中記錄了當(dāng)前鎖屬于哪個(gè)線程了， 很容易識(shí)別當(dāng)前申請(qǐng)鎖的線程是不是之前記錄的線程， 那就取消原來的偏向鎖狀態(tài)， 進(jìn)入一般的輕量級(jí)鎖狀態(tài)。偏向鎖本質(zhì)上相當(dāng)于 "延遲加鎖"。能不加鎖就不加鎖，盡量來避免不必要的加鎖開銷。但是該做的標(biāo)記還是得做的， 否則無法區(qū)分何時(shí)需要真正加鎖。

面試中會(huì)經(jīng)常問到什么是偏向鎖。偏向鎖不是真的加鎖，而只是在鎖的對(duì)象頭中記錄一個(gè)標(biāo)記，記錄該鎖所屬的線程。如果沒有其他線程參與競(jìng)爭(zhēng)鎖，那么就不會(huì)真正執(zhí)行加鎖操作，從而降低程序開銷。一旦真的涉及到其他的線程競(jìng)爭(zhēng)，再取消偏向鎖狀態(tài)，進(jìn)入輕量級(jí)鎖狀態(tài)。

2.輕量級(jí)鎖

隨著其他線程進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)，偏向鎖狀態(tài)被消除， 進(jìn)入輕量級(jí)鎖狀態(tài)(自適應(yīng)的自旋鎖)。

此處的輕量級(jí)鎖就是通過 CAS 來實(shí)現(xiàn)。

通過 CAS 檢查并更新一塊內(nèi)存 (比如 null => 該線程引用)。如果更新成功，則認(rèn)為加鎖成功。如果更新失敗， 則認(rèn)為鎖被占用, 繼續(xù)自旋式的等待(并不放棄 CPU)。

自旋操作是一直讓 CPU 空轉(zhuǎn)， 比較浪費(fèi) CPU 資源。因此此處的自旋不會(huì)一直持續(xù)進(jìn)行， 而是達(dá)到一定的時(shí)間、重試次數(shù), 就不再自旋了。也就是所謂的 "自適應(yīng)"

3.重量級(jí)鎖

如果競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步激烈， 自旋不能快速獲取到鎖狀態(tài)，就會(huì)膨脹為重量級(jí)鎖。此處的重量級(jí)鎖就是指用到內(nèi)核提供的 mutex。

執(zhí)行加鎖操作， 先進(jìn)入內(nèi)核態(tài)。在內(nèi)核態(tài)判定當(dāng)前鎖是否已經(jīng)被占用。如果該鎖沒有占用， 則加鎖成功， 并切換回用戶態(tài)。如果該鎖被占用，則加鎖失敗。 此時(shí)線程進(jìn)入鎖的等待隊(duì)列、掛起。 等待被操作系統(tǒng)喚醒。經(jīng)歷了一系列的操作， 這個(gè)鎖被其他線程釋放了， 操作系統(tǒng)也想起了這個(gè)掛起的線程，于是喚醒。這個(gè)線程， 嘗試重新獲取鎖。

（3）優(yōu)化操作

1.鎖消除

編譯器+JVM 判斷鎖是否可消除。 如果可以， 就直接消除。

鎖消除：有些應(yīng)用程序的代碼中, 用到了 synchronized， 但其實(shí)沒有在多線程環(huán)境下。 (例如StringBuffer)此時(shí)每個(gè) append 的調(diào)用都會(huì)涉及加鎖、解鎖。但如果只是在單線程中執(zhí)行這個(gè)代碼， 那么這些加鎖解鎖操作是沒有必要的,，白白浪費(fèi)了一些資源開銷?？梢赃M(jìn)行消除操作。
StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append("a");
sb.append("b");
sb.append("c");
sb.append("d");

2.鎖粗化

一段邏輯中如果出現(xiàn)多次加鎖解鎖，編譯器 + JVM 會(huì)自動(dòng)進(jìn)行鎖的粗化。

鎖的粒度: 粗和細(xì)

實(shí)際開發(fā)過程中，使用細(xì)粒度鎖，是期望釋放鎖的時(shí)候其他線程能使用鎖。但是實(shí)際上可能并沒有其他線程來搶占這個(gè)鎖。這種情況 JVM 就會(huì)自動(dòng)把鎖粗化， 避免頻繁申請(qǐng)釋放鎖。例如給下屬交代工作任務(wù)：方式一：打電話，交代任務(wù)1, 掛電話。打電話，交代任務(wù)2，掛電話。打電話， 交代任務(wù)3， 掛電話。方式二：打電話，交代任務(wù)1，任務(wù)2，任務(wù)3，掛電話。顯然，方式二是更高效的方案。這就是鎖粗化的一個(gè)過程。

四、synchronized和volatile的區(qū)別

synchronized和volatile都是Java關(guān)鍵字，并且都是解決線程安全的方式，所以在面試的時(shí)候經(jīng)常會(huì)被放到一起問。

兩者其實(shí)并沒有聯(lián)系。

synchronized:

1.通過加鎖、解鎖的方式，把一堆代碼綁在一起，來保證原子性。

2.通過加鎖、解鎖的方式， 來保證內(nèi)存可見性。

3.對(duì)指令重排序有一定約束。

volatile：

1.不能保證原子性。

2.保證內(nèi)存可見性。

3.禁止指令重排序。       

雖然synchronized在大多數(shù)情況下，都可以保證線程安全的。但是也不能在任何情況下都用synchronized的。synchronized是要付出一定代價(jià)的。synchronized是通過加鎖、解鎖的方式來保證的。所以，其他線程搶不到鎖的時(shí)候，線程就會(huì)阻塞。線程就會(huì)放棄CPU，放棄之后，被重新調(diào)用的時(shí)間是不確定的。當(dāng)使用synchronized就一定程度上放棄了高性能。使用volatile不會(huì)造成線程阻塞，但對(duì)性能也有一定影響，不過沒有synchronized影響大。

使用多線程是為了提高效率。使用synchronized，就代表放棄了一定效率。這兩者需要平衡。    

附：synchronized同步語句塊比synchronized修飾方法的優(yōu)勢(shì)

用關(guān)鍵字synchronized修飾方法簡單粗暴，可以很方便的達(dá)到同步效果，但是修飾方法往往是有弊端的：一是對(duì)性能的影響，方法體通常很長，其他對(duì)象都要等得到鎖的那個(gè)對(duì)象釋放鎖可能是一個(gè)漫長的過程。二是靈活性沒有鎖代碼塊好，synchronized修飾方法就是給方法所在的對(duì)象上鎖，而synchronized代碼塊有一個(gè)參數(shù)，可以傳一個(gè)對(duì)象進(jìn)去，這個(gè)對(duì)象可以是this對(duì)象，也可以是其他對(duì)象，傳入的對(duì)象也就是需要上鎖的對(duì)象。

當(dāng)一個(gè)線程訪問某個(gè)對(duì)象的同步代碼塊時(shí)，另一個(gè)線程仍然可以訪問這個(gè)對(duì)象中非同步代碼塊部分。也就是說：不在synchronized代碼塊中就是異步執(zhí)行，在synchronized代碼塊中就是同步執(zhí)行。

但是還有一個(gè)問題，在一個(gè)方法里面，如果同步代碼塊在中間，那么多個(gè)線程調(diào)用的時(shí)序是怎樣的呢？答案是，在synchronized同步代碼塊之前的代碼會(huì)異步執(zhí)行，不受時(shí)間控制，但是在synchronized中的代碼以及synchronized代碼塊之后的代碼都需要排隊(duì)的。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于Java中復(fù)雜的Synchronized關(guān)鍵字使用方法的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java Synchronized關(guān)鍵字內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論