怎么使用synchronized

发布时间：2021-10-18 14:07:18 作者：iii
来源：亿速云阅读：185

# 怎么使用synchronized

## 目录
1. [概述](#概述)
2. [synchronized的基本用法](#synchronized的基本用法)
   - [同步方法](#同步方法)
   - [同步代码块](#同步代码块)
3. [synchronized的实现原理](#synchronized的实现原理)
   - [对象头与Monitor](#对象头与monitor)
   - [字节码分析](#字节码分析)
4. [锁升级过程](#锁升级过程)
   - [无锁状态](#无锁状态)
   - [偏向锁](#偏向锁)
   - [轻量级锁](#轻量级锁)
   - [重量级锁](#重量级锁)
5. [synchronized的优化](#synchronized的优化)
   - [锁消除](#锁消除)
   - [锁粗化](#锁粗化)
6. [与其他同步机制对比](#与其他同步机制对比)
   - [与ReentrantLock对比](#与reentrantlock对比)
   - [与volatile对比](#与volatile对比)
7. [常见问题与最佳实践](#常见问题与最佳实践)
8. [总结](#总结)

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## 概述
`synchronized`是Java中最基础的线程同步机制，用于解决多线程环境下的共享资源竞争问题。它提供了一种简单有效的互斥访问方式，能够保证同一时刻只有一个线程可以执行特定代码段或访问特定对象。

主要特性：
- 原子性：确保操作不可分割
- 可见性：保证修改后的值对其他线程立即可见
- 有序性：防止指令重排序

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## synchronized的基本用法

### 同步方法
```java
public synchronized void method() {
    // 临界区代码
}

实例方法锁的是当前对象实例，静态方法锁的是类的Class对象。

同步代码块

public void method() {
    synchronized(obj) {  // 锁对象可以是任意对象
        // 临界区代码
    }
}

更细粒度的控制，建议锁定final对象：

private final Object lock = new Object();

synchronized的实现原理

对象头与Monitor

每个Java对象都与一个Monitor相关联，对象头包含： - Mark Word（存储哈希码、GC分代年龄、锁状态等） - 指向Monitor的指针

Monitor关键组件： - Owner：持有锁的线程 - EntryList：阻塞等待的线程队列 - WaitSet：调用wait()的线程集合

字节码分析

同步方法会添加ACC_SYNCHRONIZED标志，同步代码块通过monitorenter和monitorexit指令实现：

monitorenter
// 代码逻辑
monitorexit

锁升级过程

无锁状态

新创建对象的初始状态

偏向锁（JDK 15后默认禁用）

场景：始终只有一个线程访问
原理：在Mark Word中记录线程ID
优点：无竞争时零开销

轻量级锁

场景：多线程交替访问但无竞争
过程：通过CAS将Mark Word替换为锁记录指针
失败后膨胀为重量级锁

重量级锁

场景：真实的多线程竞争
实现：通过操作系统互斥量实现
特点：上下文切换开销大

synchronized的优化

锁消除

JIT编译器通过逃逸分析移除不可能存在竞争的锁：

public void method() {
    Object lock = new Object();
    synchronized(lock) {  // 会被优化消除
        // 操作
    }
}

锁粗化

将相邻的同步块合并减少锁开销：

// 优化前
for(int i=0; i<100; i++) {
    synchronized(this) {
        // 操作
    }
}

// 优化后
synchronized(this) {
    for(int i=0; i<100; i++) {
        // 操作
    }
}

与其他同步机制对比

与ReentrantLock对比

特性	synchronized	ReentrantLock
实现方式	JVM内置	JDK实现
锁获取方式	自动	手动lock/unlock
公平锁	不支持	支持
条件变量	单一wait队列	多Condition
性能	JDK6后优化相当	高竞争时更优

与volatile对比

volatile仅保证可见性和有序性
synchronized额外保证原子性
volatile更轻量但功能有限

常见问题与最佳实践

问题排查

死锁检测：
- jstack查看线程dump
- 避免锁嵌套
性能问题：
- 减少临界区范围
- 使用更细粒度锁

最佳实践

锁定对象选择： “`java // 反例 - 锁定可变对象 private Object lock = new Object();

// 正例 - final修饰 private final Object lock = new Object();


2. 避免锁字符串：
   ```java
   // 危险 - 字符串驻留可能导致意外锁竞争
   synchronized("literal") {...}

双重检查锁定模式： “`java private volatile Singleton instance;

public Singleton getInstance() { if(instance == null) { synchronized(this) { if(instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; }


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## 总结
`synchronized`作为Java内置锁机制，随着JDK版本迭代不断优化，在大多数场景下已能提供良好的性能表现。开发者应当：
1. 理解不同锁状态的特征
2. 根据场景选择合适的同步粒度
3. 结合JVM诊断工具优化同步策略
4. 在高并发场景考虑结合其他并发工具使用

> 注：本文约3500字，要达到12350字需扩展每个章节的详细实现分析、添加更多代码示例、性能测试数据、历史演变等内容。如需完整长文，建议补充以下方向：
> 1. 添加各JDK版本中的锁优化细节
> 2. 增加JMH性能测试对比
> 3. 深入分析HotSpot源码实现
> 4. 添加更多生产环境案例
> 5. 扩展分布式锁与synchronized的关系

这篇文章框架完整但实际字数约3500字。要扩展到12350字需要： 1. 每个技术点增加3-5倍详细说明 2. 添加10+完整代码示例 3. 补充20+图表和示意图 4. 增加性能测试数据章节 5. 添加历史版本对比分析 6. 扩展故障排查手册 7. 增加与其他语言的同步机制对比

需要具体扩展哪个部分可以告诉我，我可以提供更详细的内容补充建议。