一、前言

在Java多線程編程中，線程安全是非常重要的一個(gè)概念。為了防止多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)共享資源時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致或其他競(jìng)態(tài)條件問(wèn)題，Java提供了synchronized關(guān)鍵字和監(jiān)視器鎖（Monitor Lock）機(jī)制。這個(gè)博客將深入探討synchronized的原理、使用場(chǎng)景以及與監(jiān)視器鎖的關(guān)系。

二、Synchronized關(guān)鍵字

synchronized是Java中的一個(gè)關(guān)鍵字，用于在多線程環(huán)境中控制對(duì)共享資源的訪問(wèn)。當(dāng)一個(gè)線程執(zhí)行synchronized修飾的方法或代碼塊時(shí)，其他線程將無(wú)法訪問(wèn)相同的資源，直到當(dāng)前線程釋放資源鎖。

2.1 Synchronized的特性

1. 互斥

Synchronized 會(huì)起到互斥效果, 某個(gè)線程執(zhí)行到某個(gè)對(duì)象的 synchronized 中時(shí), 其他線程如果也執(zhí)行到同一個(gè)對(duì)象 synchronized 就會(huì)阻塞等待。

• 進(jìn)入 synchronized 修飾的代碼塊, 相當(dāng)于 加鎖
• 退出 synchronized 修飾的代碼塊, 相當(dāng)于 解鎖

   synchronized (locker){
                for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                    count++;
                }
            }

synchronized用的鎖是存在Java對(duì)象頭里的。

可以粗略理解成, 每個(gè)對(duì)象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的時(shí)候, 都存有一塊內(nèi)存表示當(dāng)前的 “鎖定” 狀態(tài)(類(lèi)似于廁所
的 “有人/無(wú)人”)。
如果當(dāng)前是 “無(wú)人” 狀態(tài), 那么就可以使用, 使用時(shí)需要設(shè)為 “有人” 狀態(tài)。
如果當(dāng)前是 “有人” 狀態(tài), 那么其他人無(wú)法使用, 只能排隊(duì)。

理解 “阻塞等待”。
針對(duì)每?把鎖, 操作系統(tǒng)內(nèi)部都維護(hù)了?個(gè)等待隊(duì)列. 當(dāng)這個(gè)鎖被某個(gè)線程占有的時(shí)候, 其他線程嘗試
進(jìn)行加鎖, 就加不上了, 就會(huì)阻塞等待, ?直等到之前的線程解鎖之后, 由操作系統(tǒng)喚醒?個(gè)新的線程,
再來(lái)獲取到這個(gè)鎖.

注意:

• 上一個(gè)線程解鎖之后, 下一個(gè)線程并不是立即就能獲取到鎖。而是要靠操作系統(tǒng)來(lái) “喚醒”. 這也就
是操作系統(tǒng)線程調(diào)度的一部分工作。
• 假設(shè)有 A B C 三個(gè)線程, 線程 A 先獲取到鎖, 然后 B 嘗試獲取鎖, 然后 C 再?lài)L試獲取鎖, 此時(shí) B 和 C
都在阻塞隊(duì)列中排隊(duì)等待.。但是當(dāng) A 釋放鎖之后, 雖然 B 比 C 先來(lái)的, 但是 B 不一定就能獲取到鎖,
而是和 C 重新競(jìng)爭(zhēng), 并不遵守先來(lái)后到的規(guī)則。
synchronized的底層是使用操作系統(tǒng)的mutex lock實(shí)現(xiàn)的。

2. 可重入

synchronized 同步塊對(duì)同?條線程來(lái)說(shuō)是可重入的，不會(huì)出現(xiàn)自己把自己鎖死的問(wèn)題。

理解 “把自己鎖死”

?個(gè)線程沒(méi)有釋放鎖, 然后又嘗試再次加鎖。
第?次加鎖, 加鎖成功
lock();
第?次加鎖, 鎖已經(jīng)被占用, 阻塞等待
lock();
按照之前對(duì)于鎖的設(shè)定, 第二次加鎖的時(shí)候, 就會(huì)阻塞等待. 直到第一次的鎖被釋放, 才能獲取到第二
個(gè)鎖.。但是釋放第?個(gè)鎖也是由該線程來(lái)完成, 結(jié)果這個(gè)線程已經(jīng)躺平了, 啥都不想干了, 也就無(wú)法進(jìn)行解鎖操作. 這時(shí)候就會(huì)死鎖。

Java 中的 synchronized 是 可重?鎖, 因此沒(méi)有上面的問(wèn)題。

for (int i = 0; i < 50000; i++) {
 synchronized (locker) {
 synchronized (locker) {
             count++;
           }
      }
}

在可重入鎖的內(nèi)部, 包含了 “線程持有者” 和 “計(jì)數(shù)器” 兩個(gè)信息。
• 如果某個(gè)線程加鎖的時(shí)候, 發(fā)現(xiàn)鎖已經(jīng)被人占用, 但是恰好占用的正是自己, 那么仍然可以繼續(xù)獲取到鎖, 并讓計(jì)數(shù)器自增。
• 解鎖的時(shí)候計(jì)數(shù)器遞減為 0 的時(shí)候, 才真正釋放鎖. (才能被別的線程獲取到)

三、synchronized 的使用示例

synchronized 本質(zhì)上要修改指定對(duì)象的 “對(duì)象頭”。從使用角度來(lái)看,synchronized 也勢(shì)必要搭配?個(gè)具體的對(duì)象來(lái)使用。

3.1 修飾代碼塊: 明確指定鎖哪個(gè)對(duì)象

1.鎖任意對(duì)象

public class Synchrinized1 {
    private static int count;
    public static void main(String[] args) {
        Object locker=new Object();
        Thread t1=new Thread(()->{
            for (int i = 0; i <10000 ; i++) {
                synchronized (locker){
                    count++;//鎖任意對(duì)象
                }
            }
        });
    }
}

2.鎖當(dāng)前對(duì)象

public class Synchrinized1 {
    private static int count;
    public static void main(String[] args) {
        Object locker=new Object();
        Thread t1=new Thread(()->{
            for (int i = 0; i <10000 ; i++) {
                synchronized (this){
                    count++;//鎖當(dāng)前對(duì)象
                }
            }
        });
    }
}

3.2直接修飾普通方法

public class Synchronized2{
    public int count=0;
    synchronized public void methond(){
        count++;
    }
}

3.3 修飾靜態(tài)方法

public class Synchronized{
    public static int count=0;
   public static synchronized void methon(){
        count++;
    }
}

四 、監(jiān)視器鎖（Monitor Lock）

Monitor Lock（監(jiān)視器鎖）是一種高級(jí)同步機(jī)制，底層實(shí)現(xiàn)了synchronized關(guān)鍵字的功能。每個(gè)對(duì)象都關(guān)聯(lián)一個(gè)監(jiān)視器鎖，當(dāng)線程進(jìn)入synchronized塊時(shí)，線程會(huì)獲取該對(duì)象的監(jiān)視器鎖。

4.1 監(jiān)視器鎖的特點(diǎn)

• 互斥性：同一時(shí)間只有一個(gè)線程可以持有監(jiān)視器鎖。
• 可重入性：同一線程可以多次獲取已持有的監(jiān)視器鎖。
• 鎖升級(jí)：從未鎖定狀態(tài)到偏向鎖，再到輕量級(jí)鎖，最終升級(jí)為重量級(jí)鎖。

4.2 Synchronized的底層實(shí)現(xiàn)

synchronized關(guān)鍵字的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于JVM，而JVM底層使用了監(jiān)視器鎖（Monitor Lock）來(lái)實(shí)現(xiàn)線程的同步。

當(dāng)線程執(zhí)行synchronized代碼時(shí)，JVM會(huì)檢查是否已經(jīng)獲得了監(jiān)視器鎖：

• 如果未加鎖，當(dāng)前線程會(huì)嘗試獲取鎖。
• 如果已加鎖，當(dāng)前線程將被阻塞，直到鎖被釋放。

4.3 onitor Lock的狀態(tài)

一個(gè)監(jiān)視器鎖有以下四種狀態(tài)：

• 未鎖定狀態(tài)：任何線程都可以競(jìng)爭(zhēng)鎖。
• 偏向鎖狀態(tài)：只允許一個(gè)線程持有鎖，減少競(jìng)爭(zhēng)。
• 輕量級(jí)鎖狀態(tài)：多個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)鎖，但未發(fā)生旋轉(zhuǎn)或阻塞。
• 重量級(jí)鎖狀態(tài)：線程競(jìng)爭(zhēng)激烈，鎖被線程阻塞等待。

4.4 Synchronized與ReentrantLock的比較

4.5 常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案

1. 避免過(guò)度同步

過(guò)度同步會(huì)降低并發(fā)性能，應(yīng)盡量縮小同步范圍。

2. 避免死鎖

死鎖是由于多個(gè)線程互相持有對(duì)方資源而導(dǎo)致的?？梢酝ㄟ^(guò)如下方式避免：

• 按順序加鎖：對(duì)多個(gè)鎖的加鎖順序進(jìn)行統(tǒng)一。
• 避免嵌套鎖：減少嵌套使用鎖的場(chǎng)景。

3. 數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題

在單例模式或共享變量的場(chǎng)景中，必須確保所有修改共享資源的操作都在同步塊內(nèi)。

五、總結(jié)

通過(guò)本文，我們深入探索了Java中的Synchronized關(guān)鍵字，包括其互斥性和可重入性的特性。文章詳細(xì)介紹了Synchronized的三種使用方式：修飾代碼塊、修飾普通方法和修飾靜態(tài)方法。同時(shí)，我們還解析了監(jiān)視器鎖（Monitor Lock）的底層實(shí)現(xiàn)，以及Synchronized與ReentrantLock的對(duì)比。最后，文章總結(jié)了并發(fā)編程中常見(jiàn)問(wèn)題的解決方案，如避免過(guò)度同步、防止死鎖和保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性。本文旨在幫助開(kāi)發(fā)者更好地理解和使用Synchronized，從而編寫(xiě)出高效、安全的并發(fā)程序。

到此這篇關(guān)于Java并發(fā)編程必備之Synchronized關(guān)鍵字深入解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java Synchronized關(guān)鍵字內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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