Java 并发编程之 synchronized 深度解析

1. 同步与锁的本质

在并发编程中，为了确保多线程操作共享资源的一致性和完整性，需要使用同步机制来协调线程之间的访问。

• 同步（Synchronization）：确保多个线程同时访问共享资源时，以一种有序的方式进行，从而避免数据不一致的情况。

• 锁（Lock）：用于控制对共享资源的访问，确保同一时刻只有一个线程能够访问该资源。

Java 中的 synchronized 本质上就是一种锁机制，它通过对共享资源进行加锁和解锁操作，来实现同步。

2. synchronized 的工作原理

synchronized 关键字可以应用于方法或代码块，当一个线程访问 synchronized 方法或代码块时，必须先获取该锁，然后才能执行。当该线程执行完毕后，释放锁，其他线程才可以获取锁并访问该资源。

synchronized 的实现依赖于 Java 虚拟机的内部机制，它使用一个称为监视器锁（Monitor Lock）的数据结构来管理锁。监视器锁与每个对象关联，当线程试图访问一个 synchronized 方法或代码块时，它必须先获取该对象的监视器锁。如果锁已被另一个线程持有，则当前线程会被阻塞，直到持有锁的线程释放锁为止。

3. synchronized 的应用场景

synchronized 关键字广泛应用于 Java 多线程编程中，以下是一些常见的应用场景：

• 共享资源的访问控制：当多个线程同时访问共享资源时，可以使用 synchronized 来控制对共享资源的访问，确保同一时刻只有一个线程能够访问该资源。

• 线程通信：synchronized 可以用于实现线程之间的通信。例如，一个线程可以等待另一个线程在 synchronized 方法或代码块中执行完毕，然后再继续执行。

• 防止数据不一致：在多线程编程中，如果多个线程同时修改共享数据，可能会导致数据不一致的情况。可以使用 synchronized 来防止数据不一致，确保共享数据在同一时刻只被一个线程修改。

4. synchronized 的使用技巧

在使用 synchronized 关键字时，需要注意以下几点：

• 锁的粒度：锁的粒度是指被锁住的代码块或方法的大小。锁的粒度越小，并发性越高，但开销也越大。因此，在选择锁的粒度时，需要权衡并发性和开销之间的关系。

• 死锁：死锁是指两个或多个线程相互等待，导致它们都无法继续执行的情况。在使用 synchronized 时，需要避免死锁的发生。

• 性能开销：synchronized 关键字会带来一定的性能开销，因此在使用时需要权衡性能和同步的需要。

5. 总结

synchronized 关键字是 Java 并发编程中最重要的同步机制之一，它通过对共享资源进行加锁和解锁操作，来实现同步。synchronized 关键字广泛应用于多线程编程中，可以用来控制共享资源的访问、实现线程通信、防止数据不一致等。在使用 synchronized 关键字时，需要注意锁的粒度、死锁和性能开销等问题。