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面试官：详细说说synchronized
synchronized 是 Java 中实现线程同步的核心关键字，用于解决多线程环境下的资源竞争问题，确保线程安全。
1. 基本作用
synchronized 通过 互斥锁（Mutex Lock） 机制，保证同一时刻只有一个线程能访问被保护的代码块或方法，避免多个线程同时操作共享资源导致的数据不一致问题。
2. 使用方式
synchronized 可以修饰以下三种对象：
(1) 实例方法
-
锁对象 ：当前实例对象（
this）。 -
作用 ：同一实例的多个线程会互斥访问该方法。
javapublic synchronized void method() { // 同步代码 }
(2) 静态方法
-
锁对象 ：类的
Class对象（MyClass.class）。 -
作用 ：所有实例的线程都会互斥访问该静态方法。
javapublic static synchronized void staticMethod() { // 同步代码 }
(3) 代码块
-
锁对象：显式指定任意对象（通常是共享资源）。
-
作用 ：更细粒度地控制同步范围。
javapublic void blockMethod() { synchronized (lockObject) { // lockObject 可以是任意对象 // 同步代码 } }
3. 核心特性
(1) 可重入性（Reentrant）
- 同一个线程可以重复获取同一个锁。
- 示例：线程获取锁后，在同步代码中调用另一个同步方法（使用同一锁）不会阻塞。
(2) 锁的释放
- 线程执行完同步代码块或方法后，自动释放锁。
- 若线程发生异常退出同步代码块，锁也会自动释放。
(3) 锁的竞争
- 未获取锁的线程会进入 阻塞状态（BLOCKED），直到锁被释放。
4. 底层原理
synchronized 的底层实现依赖于 JVM 的 Monitor（监视器锁） 机制，具体通过以下步骤实现：
(1) Monitor 对象
- 每个 Java 对象都与一个 Monitor 关联，Monitor 包含以下关键字段：
_owner：记录当前持有锁的线程。_EntryList：等待获取锁的阻塞线程队列。_WaitSet：调用wait()后进入等待状态的线程队列。
(2) 字节码层面
-
同步代码块通过
monitorenter和monitorexit指令实现：javapublic void method() { synchronized (obj) { // 代码 } }对应的字节码：
monitorenter // 尝试获取锁 ... // 同步代码 monitorexit // 释放锁
(3) 锁升级优化（JDK 1.6+）
为了提高性能，JVM 对 synchronized 进行了优化，引入了 锁升级机制：
- 无锁（No Lock）：初始状态。
- 偏向锁（Biased Lock）：锁偏向第一个获取它的线程，避免后续 CAS 操作。
- 轻量级锁（Lightweight Lock）：通过 CAS 自旋尝试获取锁，避免线程阻塞。
- 重量级锁（Heavyweight Lock）：竞争激烈时，升级为操作系统级别的互斥锁（Mutex）。
5. 典型应用场景
(1) 线程安全的单例模式
java
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}(2) 保护共享资源
java
public class Counter {
private int count = 0;
public synchronized void increment() {
count++;
}
}6. 与 ReentrantLock 的对比
| 特性 | synchronized |
ReentrantLock |
|---|---|---|
| 锁类型 | JVM 内置锁 | JDK 实现的显式锁 |
| 灵活性 | 不支持中断、超时、公平锁 | 支持中断、超时、公平锁 |
| 代码控制 | 自动释放锁 | 需手动 lock() 和 unlock() |
| 性能 | JDK 1.6 后优化，性能接近显式锁 | 高竞争场景下性能更好 |
| 适用场景 | 简单同步需求 | 复杂同步逻辑（如条件变量 Condition） |
7. 注意事项
-
锁对象的选择：
- 避免使用字符串常量或基本类型（如
Integer）作为锁对象。 - 推荐使用私有、不可变的对象：
private final Object lock = new Object();
- 避免使用字符串常量或基本类型（如
-
减少同步范围：
- 尽量缩小同步代码块，避免在同步块内执行耗时操作（如 I/O）。
-
死锁风险：
- 避免嵌套锁或多锁顺序不一致导致的死锁。
- 示例：线程 A 先锁 X 再锁 Y，线程 B 先锁 Y 再锁 X → 可能死锁。
-
锁粗化与锁消除：
- 锁粗化：JVM 将多个连续锁合并为一个锁，减少开销。
- 锁消除：JVM 检测到不可能存在共享竞争时，自动去除锁（如局部变量）。
8. 常见问题
Q1：synchronized 和 volatile 的区别？
synchronized：保证原子性、可见性和有序性。volatile：仅保证可见性和有序性，不保证原子性（如i++仍需同步）。
Q2：静态方法和实例方法的锁是否冲突？
- 不冲突！静态方法锁的是类对象（
Class），实例方法锁的是当前实例（this）。
Q3：如何排查死锁？
- 使用
jstack或可视化工具（如 JConsole）查看线程状态和锁持有情况。
总结
synchronized 是 Java 线程同步的基石，通过 Monitor 机制实现互斥访问。虽然在高并发场景下可能成为性能瓶颈，但其简洁性和 JVM 的优化（如锁升级）使其在大多数场景下足够高效。对于更复杂的同步需求，可结合 ReentrantLock 或并发工具类（如 Semaphore、CountDownLatch）使用。
