Thread synchronized详解

本文详细介绍了Java中的synchronized关键字,包括其作为锁机制的作用、JVM指令、使用注意事项和可能导致死锁的情况。synchronized确保共享变量的互斥访问,通过monitor enter和exit保证数据一致性。然而,它存在无法控制阻塞时长和不可中断的缺点。文章还讨论了不同类型的monitor对象(This monitor和Class monitor)以及死锁的多种原因,如交叉锁、资源不足、一问一答式数据交换和数据库/文件锁等。

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synchronized介绍

  1. synchronized提供一种锁机制,确保共享变量的互斥访问,从而防止数据的不一致问题。
  2. synchronized关键字包括 monitor enter 和 monitor exit两个JVM指令,保证在任何时候任何线程执行到monitor enter成功之前都必须从主内存中获取数据,而不是缓存中获取,在monitor exit运行成功后,共享变量被更新后的值必须刷入主内存。
  3. synchronized指令严格遵守java happens-before原则,一个monitor exit指令之前必定有一个monitor enter,有时会出现一个monitor enter多个monitor exit.
  4. synchronized用于修饰代码块或方法,不能对class以及变量进行修饰。
  5. synchronized关键字的缺陷:无法控制阻塞时长,阻塞不可被中断。
    monitor enter
    每个对象都与一个monitor相关联,一个monitor的lock只能被一个线程在同一时间获得;monitor计数器为0,表示lock没有被获得,某个线程获得lock后会对计数器+1;如果一个已经拥有lock的线程重入,则会导致计数器累加;如果monitor已经被其他线程所拥有,则线程在获取lock时会进入阻塞状态,知道计数器变为0,才能重新尝试获取lock。
    monitor exit
    释放对monitor的所有权,释放时将计数器减一,计数器结果为0就意味着该线程不再拥有对monitor的所有权。
    synchronized使用注意
  6. monitor对象不能为null
	private final Object mutes =null;
	public void syncMethod(){
		synchronized(mutes){
			
		}
	}
  1. synchronized作用域不能太大,作用域越大效率越低。
  2. 多个线程之间的monitor lock 只有关联到同一个monitor上才有效。
  3. 多个交叉锁容易引起死锁。
    This monitor
    使用synchronized 关键字同步类的不同实例方法,争抢的是同一个monitor的lock,与之关联的引用是ThisMonitor;同步方法内的代码块也是一样的。
	public static void main(String[] args) {
		ThreadSynchronizedTest t = new ThreadSynchronizedTest();
		new Thread(t::method1,"线程1").start();
		new Thread(t::method2,"线程2").start();

	}
	public synchronized void method1() {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行1");
		try {
			TimeUnit.MINUTES.sleep(1);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	public synchronized  void method2() {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行2");
		try {
			TimeUnit.MINUTES.sleep(2);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}

class monitor
使用synchronized 关键字同步类的不同static方法,争抢的是同一个monitor的lock,与之关联的引用是ClassMonitor;同步方法内的代码块也是一样的。

	public static void main(String[] args) {
		new Thread(ThreadSynchronizedTest::method1,"线程1").start();
		new Thread(ThreadSynchronizedTest::method2,"线程2").start();

	}
	public static synchronized void method1() {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行1");
		try {
			TimeUnit.MINUTES.sleep(1);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	public static synchronized  void method2() {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行2");
		try {
			TimeUnit.MINUTES.sleep(2);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}

程序死锁的原因

  1. 交叉锁的使用
    线程A持有R1锁等待获取R2锁,线程B持有R2锁等待获取R1锁。
  2. 内存不足
    线程A,B,其中A获取了10MB,B获取了20MB,如果每个线程执行单元都需要30MB,但是剩余只有20MB,那么两个线程可能都会等待对方释放内存资源。
  3. 一问一答式的数据交换
    服务端开启某个端口,客户端访问,客户端发送请求后等待服务端的响应,由于某种原因服务端错过了请求,这市双方都在等待对方的数据。
  4. 数据库锁
    比如某个线程执行了 for update语句退出了事务,其他线程再次访问数据库时就会陷入死锁。
  5. 文件锁
    某个线程获取了文件锁意外退出了,其他线程读取该文件也会陷入死锁。
  6. 死循环引起的死锁
    由于代码原因使程序进入死循环,程序不正常工作,CPU占有率高居不下,这种死锁一般称为系统假死。
<think>好的,我现在需要详细解释Java中的synchronized关键字,特别是与Android多线程相关的内容。用户已经提供了几个引用资料,我需要整合这些信息,并确保回答符合之前的系统级指令,比如正确使用LaTeX格式、生成相关问题等。 首先,我应该先回顾用户提供的引用内容。引用[1]提到synchronized是用于线程同步的关键字,确保原子性、可见性和有序性。引用[2]展示了如何通过不同对象实例实现并发执行,这说明synchronized锁的是对象实例。引用[3]提到synchronized在JVM层面通过字节码指令实现,这可能涉及到监视器锁(monitor)的概念。引用[4]详细说明了对象锁和类锁的不同形式,包括方法锁、代码块锁以及静态方法锁。 接下来,我需要将这些信息组织成一个结构清晰的回答。可能需要分为用法、原理、在Android中的应用、注意事项等部分。同时,要确保使用正确的LaTeX格式,例如变量和方法名用$...$包裹,如$synchronized$,代码块用三个反引号,独立公式用$$...$$。 需要特别注意的是用户提到可能与Android多线程相关,所以需要将synchronized在Android中的使用场景和注意事项单独列出。例如,虽然Android主要使用Handler、Looper等机制,但在处理共享资源时仍需synchronized或Lock来保证线程安全。 另外,引用中提到的对象锁和类锁的区别需要详细说明,可能结合代码示例来展示不同的使用方式。例如,实例方法锁和静态方法锁的不同作用范围。 原理部分需要解释synchronized底层实现,如JVM的监视器锁,字节码中的monitorenter和monitorexit指令,以及锁升级过程(偏向锁、轻量级锁、重量级锁)。这些内容在引用中没有详细提到,但结合引用[3]提到的字节码指令,可以进一步扩展。 在Android中的注意事项可能包括避免在主线程使用synchronized导致ANR,或者推荐使用更高级的并发工具如ReentrantLock。需要引用之前的回答中提到的Handler和线程池相关内容,确保信息一致。 最后,生成的相关问题需要围绕synchronized的使用场景、原理、在Android中的优化等,比如锁升级机制、与ReentrantLock的对比、避免死锁的方法等。 需要检查LaTeX语法是否正确,比如所有行内代码和变量都用$...$,独立公式单独成段。同时,引用标识要自然添加,例如在提到ANR时引用之前的回答[^1]。 可能遗漏的点:synchronized的可重入性,这是重要的特性,需要补充。此外,锁的存储结构(对象头中的Mark Word)可能对原理部分有帮助。在Android中,虽然synchronized有效,但是否有性能上的考量,比如在旧版本设备上的优化问题。 需要确保回答结构清晰,分点说明,代码示例正确,并且相关引用正确对应。最后生成的问题要有针对性,能够帮助用户深入理解synchronized的关键点。</think>### Java中synchronized关键字详解(Android多线程场景适配) --- #### 一、核心作用与基础用法 1. **线程同步机制** $synchronized$ 是 Java 提供的**独占锁**,通过**对象监视器(Monitor)** 实现以下特性[^1][^3]: - **原子性**:确保代码块/方法在同一时间仅一个线程执行; - **可见性**:修改后的共享变量对其他线程立即可见; - **有序性**:禁止指令重排序优化。 2. **语法形式** - **对象锁**:作用于实例方法或代码块(锁对象为当前实例) ```java // 实例方法锁 public synchronized void methodA() { /*...*/ } // 代码块锁 public void methodB() { synchronized(this) { // 锁对象为当前实例 /*...*/ } } ``` - **类锁**:作用于静态方法或代码块(锁对象为Class对象) ```java // 静态方法锁 public static synchronized void methodC() { /*...*/ } // 类代码块锁 public void methodD() { synchronized(MyClass.class) { // 锁对象为Class /*...*/ } } ``` 3. **并发控制示例** 通过不同对象实例实现并发(如引用[2]): ```java // 两个线程分别操作不同实例的锁 SynchronizedDemo obj1 = new SynchronizedDemo(); SynchronizedDemo obj2 = new SynchronizedDemo(); new Thread(() -> obj1.methodA()).start(); // 锁obj1 new Thread(() -> obj2.methodA()).start(); // 锁obj2(可并发执行) ``` --- #### 二、底层实现原理 1. **JVM字节码指令** $synchronized$ 在编译后生成**monitorenter**和**monitorexit**指令[^3],通过对象头的**Mark Word**记录锁状态。例如: ```java synchronized(obj) { // 代码块 } ``` 对应字节码: ``` monitorenter // 尝试获取对象锁 ... // 代码逻辑 monitorexit // 释放锁 ``` 2. **锁升级机制** - **偏向锁**:无竞争时记录线程ID,减少CAS操作; - **轻量级锁**:通过自旋尝试获取锁; - **重量级锁**:竞争激烈时升级为操作系统级互斥锁。 --- #### 三、Android开发中的特殊考量 1. **UI线程与ANR风险** - 主线程中滥用 $synchronized$ 可能导致**ANR**(如锁竞争阻塞UI渲染)[^1]; - 推荐将同步操作放在工作线程,通过 $Handler$ 或 $LiveData$ 更新UI。 2. **替代方案对比** | 特性 | synchronized | ReentrantLock | |---------------------|--------------------|------------------------| | **可中断性** | 不支持 | 支持 `lockInterruptibly()` | | **公平锁** | 非公平 | 可配置公平策略 | | **条件变量** | 通过 `wait/notify` | 支持 `Condition` 对象 | | **性能** | JVM优化较好 | 高并发场景更灵活 | --- #### 四、高级特性与最佳实践 1. **可重入性** 同一线程可重复获取已持有的锁,避免死锁: ```java public synchronized void methodA() { methodB(); // 允许调用另一个synchronized方法 } public synchronized void methodB() { /*...*/ } ``` 2. **死锁预防** - 避免嵌套锁; - 使用 `tryLock()` 设置超时: ```java if (lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) { try { /*...*/ } finally { lock.unlock(); } } ``` --- #### 五、Android多线程场景应用 1. **共享资源管理** 在后台线程操作数据库时使用对象锁: ```java public class DatabaseHelper { private static DatabaseHelper instance; private final Object lock = new Object(); public void writeData(String data) { synchronized(lock) { // 避免多线程写入冲突 // SQLite操作 } } } ``` 2. **性能优化建议** - **锁粒度细化**:尽量缩小同步代码块范围; - **避免锁静态方法**:类锁可能影响全局性能; - **结合线程池**:使用 $ExecutorService$ 管理并发任务[^4]。 --- ### 相关问题 1. 如何通过JOL工具分析synchronized锁升级过程? 2. 在Android中,synchronized与Atomic类的性能差异如何? 3. 如何利用Java对象头实现自定义锁机制?
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