什么时候该用synchronized

由于同一进程的多个线程共享同一片存储空间,在带来方便的同时,也带来了访问冲突这个严重的问题。Java语言提供了专门机制以解决这种冲突,有效避免了同一个数据对象被多个线程同时访问。

由于我们可以通过 private 关键字来保证数据对象只能被方法访问,所以我们只需针对方法提出一套机制,这套机制就是 synchronized 关键字,它包括两种用法:synchronized 方法和 synchronized 块。

1. synchronized
方法:通过在方法声明中加入 synchronized关键字来声明 synchronized 方法。如:

public synchronized void accessVal(int newVal);

synchronized
方法控制对类成员变量的访问:每个类实例对应一把锁,每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的类实例的锁方能执行,否则所属线程阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,直到从该方法返回时才将锁释放,此后被阻塞的线程方能获得该锁,重新进入可执行状态。这种机制确保了同一时刻对于每一个类实例,其所有声明为 synchronized 的成员函数中至多只有一个处于可执行状态(因为至多只有一个能够获得该类实例对应的锁),从而有效避免了类成员变量的访问冲突(只要所有可能访问类成员变量的方法均被声明为 synchronized)。

Java 中,不光是类实例,每一个类也对应一把锁,这样我们也可将类的静态成员函数声明为 synchronized ,以控制其对类的静态成员变量的访问。
synchronized
方法的缺陷:若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率,典型地,若将线程类的方法 run() 声明为 synchronized ,由于在线程的整个生命期内它一直在运行,因此将导致它对本类任何 synchronized 方法的调用都永远不会成功。当然我们可以通过将访问类成员变量的代码放到专门的方法中,将其声明为 synchronized ,并在主方法中调用来解决这一问题,但是 Java 为我们提供了更好的解决办法,那就是 synchronized 块。

2. synchronized
块:通过 synchronized关键字来声明synchronized 块。语法如下:
synchronized(syncObject) {
//
允许访问控制的代码
}

synchronized
块是这样一个代码块,其中的代码必须获得对象 syncObject (如前所述,可以是类实例或类)的锁方能执行,具体机制同前所述。由于可以针对任意代码块,且可任意指定上锁的对象,故灵活性较高。
 
### ConcurrentHashMap 中删除操作使用 `synchronized` 的场景及原理 在 Java 并发编程中,`ConcurrentHashMap` 是一种高效的线程安全集合类。它的设计目标是在高并发环境下提供高性能的同时保持数据一致性。尽管其大部分功能依赖于无锁算法(如 CAS),但在某些特定场景下仍需借助 `synchronized` 来保障线程安全性。 #### 删除操作的实现细节 在 JDK 1.8 及以后版本中,`ConcurrentHashMap` 的删除操作主要涉及以下几个方面: 1. **节点定位与状态更新** 当执行删除操作时,首先需要找到待删除键对应的桶位置以及具体节点。如果该节点是一个树形结构的一部分,则可能涉及到更复杂的结构调整。为了确保多个线程不会同时修改同一区域的数据,`ConcurrentHashMap` 对每个桶单独加锁,这种机制被称为“分段锁”或“桶锁”。因此,在删除过程中可能会短暂地对某个桶施加同步控制[^4]。 2. **CAS 失败后的回退机制** 在尝试通过 CAS 更新节点的状态失败后,通常意味着有其他线程正在对该节点进行操作。此时,`ConcurrentHashMap` 会选择进入临界区并使用 `synchronized` 锁定当前桶的位置,从而完成后续的一致性调整工作。这种方式可以有效处理竞争条件下的异常情况[^2]。 3. **复合操作的安全性保证** 如果删除操作不仅仅局限于简单的移除单个节点,还伴随有额外的动作(例如触发重新散列或者清理辅助变量等),那么这些动作往往会被包裹在一个更大的原子单元内执行,并由显式的锁定保护起来。这有助于维持整体逻辑的一致性和可预测行为。 以下是简化版的删除方法伪代码示例: ```java public V remove(Object key, int hash, Object value) { Node<K,V> node; if ((node = tabAt(tab, i)) != null && ... ) { // 找到对应节点 if (value == null || (v = node.value) != null && (value == v || (value instanceof String && value.equals(v)))) { int binCount = 0; if (!casTabAt(tab, i, c, fwd)) lockBin(tab, i); // 尝试获取锁 try { if (tabAt(tab, i) == c) { TreeNode<K,V> t = null; // 记录是否为红黑树形态 treeifyBin(tab, hash); if (c instanceof TreeNode) t = (TreeNode<K,V>)c; else { XNode<K,V> pred = null; for (XNode<K,V> e = c;; ++binCount) { K k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { oldVal = e.value; if (pred == null) setTabAt(tab, i, e.next); else pred.next = e.next; break; } pred = e; if ((e = e.next) == null) break; } } if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) treeifyBin(tab, hash); } } finally { unlockBin(tab, i); // 解锁 } } } } ``` 上述代码片段展示了如何利用 `lockBin` 方法来申请独占访问权以便安全地实施一系列互斥步骤;而最终调用 `unlockBin` 则释放资源供他人继续使用。 --- ### 总结 综上所述,虽然 `ConcurrentHashMap` 力求最小化锁开销并通过多种优化手段提升性能,但它仍然会在必要时刻运用传统的同步工具——即 `synchronized` ——以应对那些无法单纯依靠 CAS 实现的任务。尤其是在像删除这样较为复杂且存在潜在竞态风险的操作里,合理引入细粒度锁定显得尤为重要。 ---
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