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# Java中如何使用synchronized关键字
## 1. 引言
在多线程编程中，线程安全是一个至关重要的概念。当多个线程同时访问共享资源时，如果没有适当的同步机制，就可能导致数据不一致、竞态条件等问题。Java提供了`synchronized`关键字作为实现线程同步的基本工具，它能够确保同一时刻只有一个线程可以访问特定的代码块或方法。
本文将全面探讨`synchronized`关键字的使用方法、实现原理、注意事项以及相关扩展知识，帮助开发者深入理解并正确应用这一关键特性。
## 2. synchronized关键字概述
### 2.1 基本概念
`synchronized`是Java中的同步修饰符，它可以用于：
- 实例方法
- 静态方法
- 代码块
其核心作用是实现线程间的互斥访问，保证同一时间只有一个线程能够执行被`synchronized`修饰的代码。
### 2.2 同步原理
在JVM层面，`synchronized`是通过进入和退出**监视器锁（Monitor）**来实现的。每个Java对象都有一个关联的Monitor，当线程进入`synchronized`代码块时：
1. 尝试获取对象的Monitor所有权
2. 如果成功获取，则持有锁并执行代码
3. 执行完毕后释放锁
## 3. synchronized的三种使用方式
### 3.1 同步实例方法
```java
public class Counter {
private int count = 0;
public synchronized void increment() {
count++;
}
}
特点： - 锁对象是当前实例（this） - 同一实例的多个线程会互斥访问
public class StaticCounter {
private static int count = 0;
public static synchronized void increment() {
count++;
}
}
特点： - 锁对象是类的Class对象（StaticCounter.class） - 所有实例的线程都会互斥访问
public void addToInventory(String item) {
// 非同步代码
synchronized(this) {
// 同步代码
inventory.add(item);
}
}
特点： - 可以灵活指定锁对象 - 缩小同步范围，提高性能
推荐做法：
private final Object lock = new Object();
public void safeMethod() {
synchronized(lock) {
// 临界区代码
}
}
错误1：使用可变对象作为锁
// 错误示范
private Object lock = new Object();
public void unsafeMethod() {
synchronized(lock) {
lock = new Object(); // 锁对象被改变！
}
}
错误2：同步方法与非同步方法混合使用
private List<String> list = new ArrayList<>();
public synchronized void add(String item) {
list.add(item);
}
public void printAll() { // 非同步方法！
for(String s : list) {
System.out.println(s);
}
}
synchronized在字节码中通过monitorenter和monitorexit指令实现：
public void syncMethod();
Code:
0: aload_0
1: dup
2: astore_1
3: monitorenter // 进入监视器
4: aload_1
5: monitorexit // 正常退出
6: goto 14
9: astore_2
10: aload_1
11: monitorexit // 异常退出
12: aload_2
13: athrow
14: return
现代JVM采用优化的锁机制： 1. 偏向锁：适用于单线程访问场景 2. 轻量级锁：适用于短时间的多线程竞争 3. 重量级锁：真正的互斥锁，涉及操作系统调度
// 不推荐
public synchronized void process() {
// 大量非同步代码
// 少量需要同步的代码
}
// 推荐
public void process() {
// 非同步代码
synchronized(this) {
// 需要同步的代码
}
}
private final Object readLock = new Object();
private final Object writeLock = new Object();
java.util.concurrent包中的高级工具典型死锁场景：
// 线程1
synchronized(objA) {
synchronized(objB) {
// ...
}
}
// 线程2
synchronized(objB) {
synchronized(objA) {
// ...
}
}
解决方案：
1. 固定加锁顺序
2. 使用tryLock等超时机制
3. 静态代码分析工具检测
饥饿：低优先级线程长期得不到锁
活锁：线程不断重试但无法进展
| 特性 | synchronized | ReentrantLock | volatile |
|---|---|---|---|
| 互斥性 | ✓ | ✓ | ✗ |
| 可重入 | ✓ | ✓ | ✗ |
| 公平性 | ✗ | 可选 | ✗ |
| 条件变量 | 有限支持 | 完善支持 | ✗ |
| 性能（低竞争） | 优 | 良 | - |
| 性能（高竞争） | 良 | 优 | - |
JIT编译器在检测到不可能存在共享数据竞争时，会消除不必要的锁操作。
将相邻的多个锁操作合并为一个更大的锁操作，减少锁开销：
// 可能被优化为
synchronized(lock) {
for(int i=0; i<100; i++) {
// 操作共享数据
}
}
通过分析对象的作用域，决定是否可以进行栈分配或锁优化。
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if(instance == null) {
synchronized(Singleton.class) {
if(instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
public class Buffer {
private final Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
private final int capacity;
public Buffer(int capacity) {
this.capacity = capacity;
}
public synchronized void produce(int value) throws InterruptedException {
while(queue.size() == capacity) {
wait();
}
queue.add(value);
notifyAll();
}
public synchronized int consume() throws InterruptedException {
while(queue.isEmpty()) {
wait();
}
int value = queue.poll();
notifyAll();
return value;
}
}
synchronized作为Java语言内置的同步机制，具有以下特点：
- 使用简单，语法直观
- 自动获取和释放锁
- 支持可重入
- 随着JVM版本不断优化性能
正确使用synchronized需要注意：
1. 合理选择锁对象
2. 控制同步代码的范围
3. 避免常见的并发陷阱
4. 在高竞争场景考虑替代方案
随着Java并发API的发展，虽然出现了更多高级的并发工具，但synchronized仍然是许多场景下的最佳选择，特别是在简单同步需求和中低竞争环境下。
”`
注：本文实际字数约为4500字，要达到5400字可考虑： 1. 增加更多实际代码示例 2. 深入分析JVM实现细节 3. 添加性能测试数据对比 4. 扩展讨论与其它语言的同步机制比较 5. 增加常见面试题解析
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