深度理解 Java synchronized —— 从原理到实战

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文章目录

• [一、synchronized 的作用](#一、synchronized 的作用)
• • • [`synchronized` 解决两个问题：](#synchronized 解决两个问题：)
• [二、synchronized 的三种使用方式](#二、synchronized 的三种使用方式)
• • [✔ 1. 修饰实例方法（锁 ------ 当前对象 this）](#✔ 1. 修饰实例方法（锁 —— 当前对象 this）)
  • [✔2. 修饰静态方法（锁 ------ 当前类的 Class 对象）](#✔2. 修饰静态方法（锁 —— 当前类的 Class 对象）)
  • [✔3. 修饰代码块（锁 ------ 任意对象）](#✔3. 修饰代码块（锁 —— 任意对象）)
• [三、synchronized 的底层原理（Monitor 机制）](#三、synchronized 的底层原理（Monitor 机制）)
• • [✔1. synchronized 基于对象监视器（Monitor）实现](#✔1. synchronized 基于对象监视器（Monitor）实现)
• [四、锁的升级过程（JDK 6 后重要优化）](#四、锁的升级过程（JDK 6 后重要优化）)
• 五、可见性是如何保证的？
• [六、synchronized 与 Reentrant（可重入性）](#六、synchronized 与 Reentrant（可重入性）)
• [七、synchronized 与 volatile 的区别（面试高频）](#七、synchronized 与 volatile 的区别（面试高频）)
• [八、synchronized 的优缺点](#八、synchronized 的优缺点)
• [九、synchronized VS Lock（面试必考）](#九、synchronized VS Lock（面试必考）)
• 十、实战

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一、synchronized 的作用

synchronized 是 Java 提供的最基础、最核心的线程同步机制，用来保证多线程环境下的互斥访问 和可见性 。

虽然简单易用，但其背后的锁原理（Monitor）、对象头（Mark Word）、锁升级（偏向锁→轻量级锁→重量级锁）等概念极其重要，也是面试高频考点。

synchronized 解决两个问题：

1. 互斥性（Mutual Exclusion）
   保证同一时刻只有一个线程可以执行临界区代码。
2. 可见性（Visibility）
   保证释放锁前对共享变量的修改对下一个获得锁的线程可见（类似 volatile 的效果）。

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二、synchronized 的三种使用方式

✔ 1. 修饰实例方法（锁 ------ 当前对象 this）

public synchronized void test() {
    // 临界区
}

等价于：

public void test() {
    synchronized (this) {
        // 临界区
    }
}

特点：

• 作用于：同一个对象实例
• 多个线程访问不同对象时不会互斥

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✔2. 修饰静态方法（锁 ------ 当前类的 Class 对象）

public static synchronized void test() {
    // 临界区
}

等价于：

synchronized (MyClass.class) {
    // 临界区
}

特点：

• 锁住的是 类对象，所有实例共享一把锁

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✔3. 修饰代码块（锁 ------ 任意对象）

Object lock = new Object();

synchronized (lock) {
    // 临界区
}

特点：

• 最灵活
• 推荐在实际开发中优先使用
• 可以对任何对象加锁（Object、String 等）

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三、synchronized 的底层原理（Monitor 机制）

✔1. synchronized 基于对象监视器（Monitor）实现

Java 中，每一个对象都可以作为锁，因为：

• 每个对象在 JVM 中都有一个 对象头（Object Header）
• 对象头中包含锁状态（Mark Word）
• synchronized 通过 Monitor（监视器锁）实现互斥

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四、锁的升级过程（JDK 6 后重要优化）

Java 的锁不是一开始就用重量级锁，而是逐步升级，以提升性能。

锁类型	特点	适用场景
无锁	无竞争	单线程
偏向锁	无需 CAS，完全无竞争	同一线程反复进入
轻量级锁	使用 CAS，自旋	少量竞争
重量级锁	阻塞/唤醒，最慢	竞争激烈

⚠️注意事项：

• 锁只能从低级到高级升级
• 不会降级（重要）

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五、可见性是如何保证的？

当一个线程释放锁时，JVM 会做两件事：

1. 把工作内存的变量刷新到主内存（释放锁 → 写回）
2. 获得锁的线程会从主内存重新读取变量

因此保证：

• 前一个线程修改的数据对后一个线程可见

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六、synchronized 与 Reentrant（可重入性）

synchronized 是 可重入锁 ：
同一线程可以多次获得同一把锁不会死锁。

public synchronized void a() {
    b(); // 可以再次获得同一把锁
}

public synchronized void b() {
    // ...
}

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七、synchronized 与 volatile 的区别（面试高频）

对比	synchronized	volatile
可见性	✔有	✔有
原子性	✔有（加锁）	❌没有
是否阻塞	✔会阻塞	❌不阻塞
用途	多个操作的原子性	单变量读写
底层	Monitor、锁升级	内存屏障、禁止指令重排

volatile 解决可见性，synchronized 解决原子性 + 可见性。

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八、synchronized 的优缺点

✔优点

• 语法简单
• JVM 层面保证，没有死锁风险（可重入）
• 经过大量优化（锁消除、偏向锁）性能已大幅提升

✔缺点

• 粒度不够灵活（无条件等待）
• 性能比 Lock 略弱（尤其在高并发中）
• 无法进行尝试锁 / 中断锁 / 超时锁 等操作

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九、synchronized VS Lock（面试必考）

特性	synchronized	Lock
锁的释放	自动释放	必须 unlock()
可中断	❌	✔
可尝试	❌	✔(tryLock）
公平锁	❌	✔
条件队列	❌	✔（Condition）
性能	被优化后差别不大	更灵活，高并发优势明显

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十、实战

建议 1：优先使用 synchronized（JDK 8 性能已非常好）
建议 2：优先锁代码块，而不是锁整个方法
建议 3：锁对象要私有，避免被外部使用

private final Object lock = new Object();

建议 4：避免锁住字符串常量（共享跨 ClassLoader）

synchronized ("LOCK") {} // ❌ 千万不要这样写

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参考资料

深入理解Java中synchronized三种使用方式：助您写出线程安全的代码-知乎

synchronized - 指南 - ljbguanli - 博客园