一、前言

在Java多線程編程中，線程安全是非常重要的一個概念。為了防止多個線程同時訪問共享資源時出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致或其他競態(tài)條件問題，Java提供了synchronized關(guān)鍵字和監(jiān)視器鎖（Monitor Lock）機(jī)制。這個博客將深入探討synchronized的原理、使用場景以及與監(jiān)視器鎖的關(guān)系。

二、Synchronized關(guān)鍵字

synchronized是Java中的一個關(guān)鍵字，用于在多線程環(huán)境中控制對共享資源的訪問。當(dāng)一個線程執(zhí)行synchronized修飾的方法或代碼塊時，其他線程將無法訪問相同的資源，直到當(dāng)前線程釋放資源鎖。

2.1 Synchronized的特性

1. 互斥

Synchronized 會起到互斥效果, 某個線程執(zhí)行到某個對象的 synchronized 中時, 其他線程如果也執(zhí)行到同一個對象 synchronized 就會阻塞等待。

• 進(jìn)入 synchronized 修飾的代碼塊, 相當(dāng)于 加鎖
• 退出 synchronized 修飾的代碼塊, 相當(dāng)于 解鎖

   synchronized (locker){
                for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                    count++;
                }
            }

synchronized用的鎖是存在Java對象頭里的。

可以粗略理解成, 每個對象在內(nèi)存中存儲的時候, 都存有一塊內(nèi)存表示當(dāng)前的 “鎖定” 狀態(tài)(類似于廁所
的 “有人/無人”)。
如果當(dāng)前是 “無人” 狀態(tài), 那么就可以使用, 使用時需要設(shè)為 “有人” 狀態(tài)。
如果當(dāng)前是 “有人” 狀態(tài), 那么其他人無法使用, 只能排隊。

理解 “阻塞等待”。
針對每?把鎖, 操作系統(tǒng)內(nèi)部都維護(hù)了?個等待隊列. 當(dāng)這個鎖被某個線程占有的時候, 其他線程嘗試
進(jìn)行加鎖, 就加不上了, 就會阻塞等待, ?直等到之前的線程解鎖之后, 由操作系統(tǒng)喚醒?個新的線程,
再來獲取到這個鎖.

注意:

• 上一個線程解鎖之后, 下一個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 B 和 C
都在阻塞隊列中排隊等待.。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 重新競爭, 并不遵守先來后到的規(guī)則。
synchronized的底層是使用操作系統(tǒng)的mutex lock實現(xiàn)的。

2. 可重入

synchronized 同步塊對同?條線程來說是可重入的，不會出現(xiàn)自己把自己鎖死的問題。

理解 “把自己鎖死”

?個線程沒有釋放鎖, 然后又嘗試再次加鎖。
第?次加鎖, 加鎖成功
lock();
第?次加鎖, 鎖已經(jīng)被占用, 阻塞等待
lock();
按照之前對于鎖的設(shè)定, 第二次加鎖的時候, 就會阻塞等待. 直到第一次的鎖被釋放, 才能獲取到第二
個鎖.。但是釋放第?個鎖也是由該線程來完成, 結(jié)果這個線程已經(jīng)躺平了, 啥都不想干了, 也就無法進(jìn)行解鎖操作. 這時候就會死鎖。

Java 中的 synchronized 是 可重?鎖, 因此沒有上面的問題。

for (int i = 0; i < 50000; i++) {
 synchronized (locker) {
 synchronized (locker) {
             count++;
           }
      }
}

在可重入鎖的內(nèi)部, 包含了 “線程持有者” 和 “計數(shù)器” 兩個信息。
• 如果某個線程加鎖的時候, 發(fā)現(xiàn)鎖已經(jīng)被人占用, 但是恰好占用的正是自己, 那么仍然可以繼續(xù)獲取到鎖, 并讓計數(shù)器自增。
• 解鎖的時候計數(shù)器遞減為 0 的時候, 才真正釋放鎖. (才能被別的線程獲取到)

三、synchronized 的使用示例

synchronized 本質(zhì)上要修改指定對象的 “對象頭”。從使用角度來看,synchronized 也勢必要搭配?個具體的對象來使用。

3.1 修飾代碼塊: 明確指定鎖哪個對象

1.鎖任意對象

public class Synchrinized1 {
    private static int count;
    public static void main(String[] args) {
        Object locker=new Object();
        Thread t1=new Thread(()->{
            for (int i = 0; i <10000 ; i++) {
                synchronized (locker){
                    count++;//鎖任意對象
                }
            }
        });
    }
}

2.鎖當(dāng)前對象

public class Synchrinized1 {
    private static int count;
    public static void main(String[] args) {
        Object locker=new Object();
        Thread t1=new Thread(()->{
            for (int i = 0; i <10000 ; i++) {
                synchronized (this){
                    count++;//鎖當(dāng)前對象
                }
            }
        });
    }
}

3.2直接修飾普通方法

public class Synchronized2{
    public int count=0;
    synchronized public void methond(){
        count++;
    }
}

3.3 修飾靜態(tài)方法

public class Synchronized{
    public static int count=0;
   public static synchronized void methon(){
        count++;
    }
}

四 、監(jiān)視器鎖（Monitor Lock）

Monitor Lock（監(jiān)視器鎖）是一種高級同步機(jī)制，底層實現(xiàn)了synchronized關(guān)鍵字的功能。每個對象都關(guān)聯(lián)一個監(jiān)視器鎖，當(dāng)線程進(jìn)入synchronized塊時，線程會獲取該對象的監(jiān)視器鎖。

4.1 監(jiān)視器鎖的特點

• 互斥性：同一時間只有一個線程可以持有監(jiān)視器鎖。
• 可重入性：同一線程可以多次獲取已持有的監(jiān)視器鎖。
• 鎖升級：從未鎖定狀態(tài)到偏向鎖，再到輕量級鎖，最終升級為重量級鎖。

4.2 Synchronized的底層實現(xiàn)

synchronized關(guān)鍵字的實現(xiàn)依賴于JVM，而JVM底層使用了監(jiān)視器鎖（Monitor Lock）來實現(xiàn)線程的同步。

當(dāng)線程執(zhí)行synchronized代碼時，JVM會檢查是否已經(jīng)獲得了監(jiān)視器鎖：

• 如果未加鎖，當(dāng)前線程會嘗試獲取鎖。
• 如果已加鎖，當(dāng)前線程將被阻塞，直到鎖被釋放。

4.3 onitor Lock的狀態(tài)

一個監(jiān)視器鎖有以下四種狀態(tài)：

• 未鎖定狀態(tài)：任何線程都可以競爭鎖。
• 偏向鎖狀態(tài)：只允許一個線程持有鎖，減少競爭。
• 輕量級鎖狀態(tài)：多個線程競爭鎖，但未發(fā)生旋轉(zhuǎn)或阻塞。
• 重量級鎖狀態(tài)：線程競爭激烈，鎖被線程阻塞等待。

4.4 Synchronized與ReentrantLock的比較

4.5 常見問題及解決方案

1. 避免過度同步

過度同步會降低并發(fā)性能，應(yīng)盡量縮小同步范圍。

2. 避免死鎖

死鎖是由于多個線程互相持有對方資源而導(dǎo)致的?？梢酝ㄟ^如下方式避免：

• 按順序加鎖：對多個鎖的加鎖順序進(jìn)行統(tǒng)一。
• 避免嵌套鎖：減少嵌套使用鎖的場景。

3. 數(shù)據(jù)一致性問題

在單例模式或共享變量的場景中，必須確保所有修改共享資源的操作都在同步塊內(nèi)。

五、總結(jié)

通過本文，我們深入探索了Java中的Synchronized關(guān)鍵字，包括其互斥性和可重入性的特性。文章詳細(xì)介紹了Synchronized的三種使用方式：修飾代碼塊、修飾普通方法和修飾靜態(tài)方法。同時，我們還解析了監(jiān)視器鎖（Monitor Lock）的底層實現(xiàn)，以及Synchronized與ReentrantLock的對比。最后，文章總結(jié)了并發(fā)編程中常見問題的解決方案，如避免過度同步、防止死鎖和保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性。本文旨在幫助開發(fā)者更好地理解和使用Synchronized，從而編寫出高效、安全的并發(fā)程序。

到此這篇關(guān)于Java并發(fā)編程必備之Synchronized關(guān)鍵字深入解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java Synchronized關(guān)鍵字內(nèi)容請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！

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