Java Synchronized

最新推荐文章于 2025-06-04 14:32:55 发布
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分类专栏： Java 线程 文章标签： java 开发语言
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本文详细介绍了Java中的Synchronized原理，包括偏向锁、轻量级锁和重量级锁的升级过程，以及JDK1.8对Synchronized的优化。还探讨了Synchronized的特征、不同修饰范围以及锁的区别。

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Synchronized

Synchronized 原理

在Java对象内存布局中，每个对象都有一个对象头，其中包含锁状态信息。在1.8版本及以后，对象头的锁状态使用了更精细的锁实现，如偏向锁，轻量级锁和重量级锁。

偏向锁

在只有一个线程访问同步块时，为减少不必要的cas操作，会偏向于这个线程，此时对象头中存储的是偏向线程id，后续访问只需要验证即可。

轻量级锁

当多个线程竞争锁时，偏向锁升级为轻量级锁。此时，线程会尝试通过cas操作将对象中的偏向锁转换为 线程栈中锁记录的指针，如果cas失败，则说明有其他献策会给你正在竞争锁，可能进一步升级为重量级锁。

重量级锁

轻量级锁尝试失败后，会膨胀为重量级锁，也就是传统的Monitor锁，涉及到操作系统的互斥量(mutex)来实现线程间的互斥和同步，线程会进入阻塞状态获取锁。

synchronized 锁有四种交替升级的状态：无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级，这几个状态随着竞争情况逐渐升级

Synchronized特征

  • 原子性
    原子性意味着某个时刻，只有一个线程能够执行一段代码，这段代码通过monitor object保护，从而防止多个线程在更新共享时相互冲突。
  • 可见性
    确保了一个线程的写操作对另一个线程的读操作是可见的，即synchronized 维护了内存视图，这意味着如果线程A在获得同步锁之前更新了一个变量，线程B在获得同步锁之后能看到A更新后的值。
  • 是可重入锁
  • Synchronized不会防止指令重排序

jdk1.8Synchronized优化了什么？

  1. 优化了锁的竞争机制，减少了锁的竞争，提高了并发性能。
  2. 引入了偏向锁盒轻量级锁，减少了锁的升级过程，提高了锁的效率。

Synchronized修饰范围

  • 修饰方法
    在Java中，我们可以使用Synchronized关键字修饰方法来实现线程同步。当一个线程进入被Synchronized关键字修饰的方法时，该线程会自动获取该方法所在对象的锁。其他线程如果想要访问该方法，只能等待该线程执行完毕并释放锁之后才能获取锁进入该方法。
  • 修饰代码块
    当A线程访问对象的synchronized(this)代码块的时候，B线程依然可以访问对象方法中其余非synchronized块的部分

同步方法直接在方法上加synchronized实现加锁，同步代码块则在方法内部加锁，很明显，同步方法锁的范围比较大，而同步代码块范围要小点，一般同步的范围越大，性能就越差，一般需要加锁进行同步的时候，肯定是范围越小越好，这样性能更好。所以我们对会引起线程安全问题的那部分代码进行synchronized就可以了。

  • 修饰非静态方法 对象锁
    修饰非静态方法，实际上是对调用该方法的对象加锁，俗称“对象锁”。
  • 修饰静态方法 类锁
    修饰静态方法，实际上是对该类对象加锁，俗称“类锁”。

Synchronized lock 区别

在这里插入图片描述

jdk1.8对synchronized锁的优化
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synchronized 锁的优化：锁的四种状态-无锁，偏向锁、轻量级锁，重量级锁 1、偏向锁：原因是大多数时候是不存在锁竞争的，常常是一个线程多次获得同一个锁，因此如果每次都要竞争锁会增大很多没有必要付出的代价，为了降低获取锁的代价，才引入的偏向锁 偏向锁的升级：当线程1访问代码块并获取锁对象时，会在java对象头和栈帧中记录偏向的锁的threadID，因为偏向锁不会主动释放锁，以后线程1再次获取锁时比较当前线程的threadID和Java对象头中的threadID是否一致，如果一致（还是线程1获
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jvm对synchronized的优化 基于对象头的锁状态来实现，从低到高（锁只能升级，不能降级） (1)无锁 (2)偏向锁:同一个对象多次加锁(重入) (3)轻量级锁(自旋锁):基于CAS实现，同一个时间点，经常只有一个线程竞争 (4)重量级锁:基于系统mutex锁，同一个时间点，经常有多个线程竞争 特点:mutex是系统级别加锁,线程会由用户态切换到内核态，切换成本比较高 （成本高的解释:一个线程总是竞争失败，就会不停的在用户态和内核态切换，比较耗费资源,进一步，如果有很多竞争失败的线程，性能就会有很大
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<think>嗯，用户问的是Java中的synchronized关键字，我得先回忆一下相关知识。首先，synchronized是用来处理多线程同步的，确保线程安全。应该从它的作用开始讲，比如同步方法、代码块，还有对象锁、类锁的区别。 然后，可能需要解释为什么需要synchronized，比如防止数据竞争，保证原子性、可见性、有序性。这里要联系到JMM（Java内存模型），不过用户可能不需要太深入，但至少得提到这些概念。 接下来，应用场景，比如实例方法同步、静态方法同步、同步代码块。要分别举例子说明，比如用synchronized修饰方法和代码块的区别，以及使用不同对象作为锁的情况。 还有需要注意的地方，比如锁的范围过大可能影响性能，或者死锁的问题。不过用户可能更关注基本用法，所以这部分可以简单带过，但还是要提醒注意事项。 用户可能对锁的机制不太清楚，比如对象监视器（monitor）的概念，每个对象都有一个monitor，进入synchronized块需要获取monitor的所有权。这部分需要解释清楚，但不要过于底层。 可能还需要比较一下synchronized和Lock接口的区别，比如synchronized是关键字，自动释放锁，而Lock需要手动释放，不过用户没有问这个，可能暂时不需要展开。 另外，要纠正一些常见的误解，比如synchronized只是锁对象，而不是代码。同一个对象的synchronized方法会被串行访问，不同对象则不会互相影响。静态方法锁的是类对象，所以所有实例都会被影响。 最后，总结一下使用synchronized的最佳实践，比如尽量减小同步范围，使用私有对象作为锁，避免锁住公共资源或类对象，除非必要。可能还要提到在Java 5之后synchronized的优化，比如偏向锁、轻量级锁、重量级锁的升级过程，但用户可能不需要太详细，所以简单提一下性能改进即可。 需要确保例子正确，比如同步代码块的写法，锁对象的使用。可能还要注意语法是否正确，比如synchronized后面的括号里的对象，或者直接修饰方法时的隐式锁对象。 总之，结构应该是先介绍synchronized的作用，然后用法，包括方法和代码块，再讲锁的机制，注意事项，最后应用场景和最佳实践。确保语言通俗易懂，例子清晰，避免过于技术化的术语，但又要准确。</think>Java 中的 `synchronized` 是用于实现线程同步的关键字，主要用于解决多线程环境下的**数据竞争**和**原子性**问题。以下是分步解析： --- ### 一、`synchronized` 的核心作用 1. **互斥访问** 确保同一时刻只有一个线程能访问被保护的代码或对象，避免并发修改导致数据不一致。 2. **内存可见性** 通过同步机制强制线程从主内存读取共享变量，而不是使用本地缓存。 3. **原子性** 保证同步代码块内的操作不可分割，要么全部执行，要么完全不执行。 --- ### 二、`synchronized` 的用法 #### 1. 同步实例方法 - **锁对象**：当前实例（`this`） - **适用场景**：保护实例变量的线程安全。 ```java public synchronized void add(int value) { this.count += value; } ``` #### 2. 同步静态方法 - **锁对象**：类的 `Class` 对象（如 `MyClass.class`） - **适用场景**：保护静态变量的线程安全。 ```java public static synchronized void staticMethod() { // 操作静态变量 } ``` #### 3. 同步代码块 - **锁对象**：可以是任意对象（建议用私有对象，避免外部干扰） - **适用场景**：减少锁的粒度，提升性能。 ```java private final Object lock = new Object(); public void doSomething() { synchronized(lock) { // 需要同步的代码 } } ``` --- ### 三、底层原理 1. **监视器锁（Monitor）** - 每个 Java 对象都与一个监视器关联。 - 线程进入 `synchronized` 块时，需先获取对象的监视器锁；退出时自动释放锁。 2. **字节码实现** - 通过 `monitorenter` 和 `monitorexit` 指令实现锁的获取和释放。 --- ### 四、注意事项 1. **锁的范围** 尽量缩小同步代码块的范围，避免不必要的性能损耗。 2. **死锁风险** 避免嵌套获取多个锁，或确保所有线程以相同顺序获取锁。 3. **锁对象的选择** - 不要使用字符串常量或基本类型包装类（如 `Integer`）作为锁。 - 建议用 `private final Object` 作为专用锁。 --- ### 五、典型应用场景 1. **单例模式的双重检查锁（Double-Checked Locking）** ```java public class Singleton { private static volatile Singleton instance; public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized(Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } } ``` 2. **线程安全的计数器** ```java public class Counter { private int count = 0; public synchronized void increment() { count++; } } ``` --- ### 六、与 `Lock` 的区别 | 特性 | `synchronized` | `Lock` | |--------------------|-------------------------|--------------------------| | 锁获取方式 | 自动获取和释放 | 需手动调用 `lock()`/`unlock()` | | 可中断性 | 不支持 | 支持 | | 公平性 | 非公平 | 可配置公平策略 | | 条件变量 | 通过 `wait()`/`notify()` | 通过 `Condition` 类 | --- ### 七、性能优化（Java 6+） - **锁升级机制**： 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁，根据竞争情况动态调整，减少锁开销。 --- 通过合理使用 `synchronized`，可以有效解决多线程并发问题，但需结合具体场景权衡性能与安全性。
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