Java中的多线程同步方法有哪些？

原创于 2025-11-22 09:19:57 发布 · 694 阅读

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在Java多线程编程中，同步是确保线程安全的核心机制，其核心在于解决共享资源的并发访问冲突。以下是Java中实现线程同步的几种主要方法，每种方法都有其适用场景和优缺点：

1. 同步代码块（Synchronized Block）

同步代码块通过synchronized关键字实现，将需要同步的代码块包裹起来，确保同一时刻只有一个线程能执行该代码块。其基本语法如下：

synchronized (obj) { // 同步代码块 }

原理：obj必须是对象引用，Java为每个对象维护一个锁（monitor），线程进入同步块前需获取该锁，执行完毕后释放锁。
优点：灵活性高，可针对特定对象同步，减少锁竞争。
缺点：若锁对象选择不当，可能导致死锁或性能下降。
适用场景：适用于局部同步需求，如对共享数据结构的局部操作。

2. 同步方法（Synchronized Method）

同步方法通过将synchronized关键字修饰方法实现，确保同一时刻只有一个线程能执行该方法。其语法如下：

public synchronized void methodName() { // 方法体 }

原理：Java为每个对象生成一个锁，同步方法隐式使用this作为锁对象。
优点：简单易用，无需显式管理锁。
缺点：锁粒度较大，可能降低并发性能。
适用场景：适用于整个方法需要同步的场景，如单例模式中的getInstance()方法。

3. 显式锁（Lock）

Lock接口（如ReentrantLock）提供了比synchronized更灵活的同步机制，支持非阻塞获取锁、可中断锁等高级特性。其基本用法如下：

Lock lock = new ReentrantLock(); lock.lock(); try { // 同步代码块 } finally { lock.unlock(); }

原理：通过lock()和unlock()方法显式控制锁的获取与释放。
优点：
- 支持公平锁（Fair Lock）和非公平锁（NonFair Lock）。
- 提供tryLock()方法，避免阻塞等待。
- 支持超时获取锁（tryLock(long timeout, TimeUnit unit)）。
缺点：需手动释放锁，否则可能导致死锁。
适用场景：适用于需要精细控制锁的场景，如高并发环境下的资源竞争。

4. 原子类（Atomic Classes）

java.util.concurrent.atomic包提供了一系列原子类（如AtomicInteger、AtomicReference），通过CAS（Compare-And-Swap）操作实现无锁同步。其基本用法如下：

AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0); counter.incrementAndGet();

原理：CAS操作通过比较内存值与预期值，若一致则更新，否则重试。
优点：
- 无锁设计，避免线程阻塞。
- 性能高，适合低竞争场景。
缺点：
- 高竞争环境下可能导致自旋（Spinning），消耗CPU资源。
- 仅支持基本数据类型和引用类型。
适用场景：适用于计数器、标志位等简单变量的同步。

5. 信号量（Semaphore）

Semaphore用于控制同时访问特定资源的线程数量，通过acquire()和release()方法实现。其基本用法如下：

Semaphore semaphore = new Semaphore(3); // 允许3个线程同时访问 semaphore.acquire(); try { // 访问共享资源 } finally { semaphore.release(); }

原理：维护一个计数器，acquire()减少计数器，release()增加计数器。
优点：灵活控制并发度，适用于限流场景。
缺点：需手动管理信号量，可能引发死锁。
适用场景：适用于数据库连接池、线程池等资源限制场景。

6. 条件变量（Condition）

Condition接口与Lock配合使用，实现线程间的等待/通知机制。其基本用法如下：

Lock lock = new ReentrantLock(); Condition condition = lock.newCondition(); lock.lock(); try { while (!conditionMet) { condition.await(); // 等待条件满足 } // 处理条件满足后的逻辑 } finally { lock.unlock(); }