Java中synchronized 关键字

synchronized 是 Java 中用于实现线程同步的关键字，它提供了一种简单有效的方式来控制多线程对共享资源的访问，确保线程安全。

基本概念

synchronized 关键字可以实现：

1. 互斥性：同一时刻只有一个线程可以执行被同步的代码

2. 可见性：线程对共享变量的修改对其他线程立即可见

使用方式

synchronized 有三种主要使用方式：

1. 同步实例方法

public synchronized void method() {
    // 同步代码
}

• 锁对象是当前实例对象（this）

• 同一实例的同步方法在同一时刻只能被一个线程访问

2. 同步静态方法

public static synchronized void staticMethod() {
    // 同步代码
}

• 锁对象是当前类的 Class 对象（如 MyClass.class）

• 所有实例的同步静态方法在同一时刻只能被一个线程访问

3. 同步代码块

public void method() {
    // 非同步代码
    
    synchronized(lockObject) {
        // 同步代码
    }
    
    // 非同步代码
}

• 可以灵活指定锁对象

• 缩小同步范围，提高并发性能

实现原理

synchronized 是基于 JVM 内置锁（Monitor）实现的：

1. 进入同步代码：线程尝试获取对象的 Monitor

   • 成功则持有 Monitor，计数器 +1

   • 失败则进入阻塞队列等待

2. 退出同步代码：释放 Monitor，计数器 -1

   • 计数器为 0 时完全释放锁

   • 唤醒等待队列中的线程

锁的升级过程（JDK 1.6+优化）

为了减少锁操作的开销，JVM 实现了锁升级机制：

1. 无锁状态：对象刚创建时

2. 偏向锁：适用于只有一个线程访问的场景

   • 记录线程 ID，减少同步开销

3. 轻量级锁（自旋锁）：适用于短时间等待的场景

   • 线程通过 CAS 自旋尝试获取锁

4. 重量级锁：竞争激烈时升级

   • 线程进入阻塞状态，由操作系统管理

注意事项

1. 锁对象选择：

   • 不要使用 String 常量等可能被共享的对象作为锁

   • 建议使用专门创建的私有 final 对象作为锁

2. 死锁风险：

   • 避免嵌套获取多个锁

   • 如果需要获取多个锁，应保持一致的获取顺序

3. 性能考虑：

   • 尽量减小同步代码块的范围

   • 避免在同步代码块中执行耗时操作

与 Lock 接口的比较

特性	synchronized	Lock (如 ReentrantLock)
实现方式	JVM 内置	Java 代码实现
锁获取方式	自动获取释放	需要手动 lock/unlock
尝试非阻塞获取锁	不支持	tryLock() 支持
公平锁	非公平	可配置公平/非公平
条件变量	单一	可创建多个 Condition
性能	JDK 优化后接近	更灵活但稍复杂

synchronized 是 Java 中最基本的线程同步机制，虽然功能不如 Lock 接口丰富，但在大多数情况下已经足够，并且随着 JVM 的优化，其性能已经非常优秀。