Java中的synchronized关键字

目录

1、synchronized是什么

2、synchronized的用法

synchronized可以用在方法或者代码块上，分别称为同步方法和同步代码块。

用法理解

3、synchronized的实现原理

⭐synchronized锁的对比

4、synchronized的优缺点

⭐扩展：synchronized 和 volatile 的区别？

⭐扩展：synchronized与Lock的区别？

小结

1、synchronized是什么

`synchronized` 是Java中的一个关键字，用于实现线程间同步。它可以被用来修饰方法或代码块，使得同一时刻只有一个线程可以执行被 `synchronized` 修饰的代码。

在Java中，当多个线程并发执行时，可能会出现数据竞争和不一致的情况。为了避免这种情况的发生，我们需要对共享变量进行同步控制，以保证同一时刻只有一个线程能够访问共享变量。

具体地说，当一个线程进入一个被 `synchronized` 修饰的方法或代码块时，它会尝试获取这个方法或代码块所属对象的锁（也称为监视器锁），如果获取不到锁就会阻塞等待。当另一个线程执行完该方法或代码块并释放了锁之后，等待的线程才能获取到锁并继续执行。

`synchronized` 的使用可以有效地避免多个线程同时访问共享变量造成的问题，但也会引入一定的性能损耗。因此，在需要进行线程同步时，建议使用 `synchronized` 来实现。但在高并发场景下，也可以考虑使用更轻量级的锁，例如 `ReentrantLock` 或 `Atomic` 类。

图片来源：https://www.cnblogs.com/three-fighter/p/14396208.html

2、synchronized的用法

synchronized可以用在方法或者代码块上，分别称为同步方法和同步代码块。

如果修饰的是普通方法，则锁作用于当前对象实例。如果是修饰静态方法，锁作用于类的Class实例。如果修饰的是代码块，作用于当前对象实例，则需要指定加锁对象。

1. 同步代码块：使用 synchronized 关键字修饰的代码块，可以指定一个对象作为锁，只有获得该锁的线程才能执行代码块。

synchronized后面括号里是一对象,此时,线程获得的是对象锁.例如:

public classMyThread implements Runnable{
    public static void main(Stringargs[]){
      MyThread mt=new MyThread();
        Thread t1=newThread(mt,"t1");
        Thread t2=newThread(mt,"t2");
        Thread t3=newThread(mt,"t3");
        Thread t4=newThread(mt,"t4");
        Thread t5=newThread(mt,"t5");
        Thread t6=newThread(mt,"t6");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
        t5.start();
        t6.start();
}   
public void run(){
    synchronized(this){
      System.out.println(Thread.currentThread().getName());
   }
}

public void method() {  
    synchronized (lockObject) { 
        //一次只能有一个线程进入 
        // 执行的代码  
    }  
}

在上述代码中，lockObject 是一个任意的对象，它将作为锁来确保同步。只有获取到 lockObject 对象的锁的线程才能执行同步代码块。

2. 同步方法：使用 synchronized 关键字修饰的方法，整个方法都会被视为同步代码块，同一时间只允许一个线程执行该方法。

public synchronized void synchronizedMethod() {
    // 需要同步的方法体
}

其中，锁对象可以是任意对象，只要在多个线程间能保持唯一性即可。通常，我们使用被访问对象的引用作为锁对象，以保证同一时刻只有一个线程可以访问该对象的相关操作。

需要注意的是，同步方法的锁是当前对象实例（即 this），而同步代码块可以指定任意的对象作为锁。在使用 synchronized 关键字时，需要选择合适的锁对象来确保线程安全，并避免死锁和性能问题。

用法理解

图片来源：synchronized（Java语言的关键字）_百度百科

3、synchronized的实现原理

它的实现原理主要基于Java 对象头、Monitor（监视器）以及对象的状态机等概念。当一个线程想要执行同步方法或同步块时，它必须先获取该方法或块的锁。如果其他线程已经持有该锁，那么当前线程就会进入阻塞状态，直到其他线程释放了它所持有的锁。这种机制可以避免多个线程同时访问共享资源，从而保证数据的一致性和安全性。

Java 对象头：在 Java 对象的内存布局中，每个对象都有一个头部信息。对象头是对象实例的一部分。它包含了对象的元数据信息，如对象的哈希码、锁状态标志等。在synchronized实现中，对象头被用来作为锁的标识。当一个线程执行synchronized方法时，它需要获取该方法所在对象的对象头锁。如果其他线程已经持有该锁，那么当前线程就会进入阻塞状态，直到其他线程释放了它所持有的锁。

图片来源：https://www.cnblogs.com/three-fighter/p/14396208.html

在Java中，synchronized的实现是通过对象头中的Mark Word来实现的。Mark Word是Java对象头中的一个重要组成部分，它包含了对象的哈希码、类型信息、锁状态等信息。当一个线程执行synchronized方法时，JVM会通过CAS（Compare and Swap）操作来尝试获取该对象的锁。如果获取成功，那么该线程就可以执行synchronized方法；如果获取失败，那么该线程就会进入阻塞状态。

有关CAS的内容可以查看博客：http://t.csdnimg.cn/8QSh6

64 位虚拟机 Mark Word 是 64bit，在运行期间，Mark Word里存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。

图片来源：https://www.cnblogs.com/three-fighter/p/14396208.html

32位？

图片来源：synchronized 看这一篇就够了 – 知乎

Monitor（监视器）：每个 Java 对象都与一个 Monitor 相关联，Monitor 是用来实现对象的锁机制的一种数据结构。它包含了锁的拥有者线程、等待队列、计数器等信息。

对象的状态机：Java 对象在并发环境下可以处于不同的状态，如无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态等。

当执行 synchronized 修饰的方法或代码块时，根据对象的状态，JVM 会进行如下处理：

1. 无锁状态：当对象没有被任何线程锁定时，进入 synchronized 代码块的线程将会尝试获取对象的锁。
2. 偏向锁状态：如果对象的锁处于无锁状态且没有竞争，那么进入 synchronized 代码块的线程可以直接获取锁，并将对象头中的线程ID更新为自己的ID，此时对象处于偏向锁状态。
3. 轻量级锁状态：如果对象处于偏向锁状态但出现了竞争，JVM 会尝试使用轻量级锁来实现同步。它通过CAS（比较并交换）操作来尝试获取锁，如果获取成功，则执行 synchronized 代码块；否则进入重量级锁状态。
4. 重量级锁状态：当多个线程争用同一个对象的锁时，JVM 会将对象的状态升级为重量级锁状态，此时线程会被阻塞，并加入到对象的等待队列中。只有拥有锁的线程释放锁后，等待队列中的线程才能被唤醒。

synchronized 看这一篇就够了 – 知乎

无论是偏向锁、轻量级锁还是重量级锁，它们都是通过在对象头中设置标记位和指针来实现的。JVM 会根据对象的竞争情况自动选择适合的锁状态，并进行状态的转换。

需要注意的是，synchronized 关键字的实现细节可能因不同的 JVM 实现而有所差异，上述描述是基于经典的 HotSpot JVM。

⭐synchronized锁的对比

4、synchronized的优缺点

优点：
1. 简单易用：`synchronized` 关键字的语法简单，易于理解和使用，可以方便地确保多个线程对共享资源的安全访问。
2. 内置支持：作为Java语言的一部分，`synchronized` 关键字得到了JVM层面的支持，避免了用户自行实现线程同步机制的复杂性。
3. 可重入性：synchronized锁是可重入的，一个线程可以多次获得同一个锁，而不会造成死锁。

缺点：
1. 粒度粗：使用 synchronized 关键字进行同步时，通常是对整个方法或代码块进行同步，这可能会导致一些不必要的等待，降低并发性能。
2. 无法中断：一旦进入 synchronized 代码块，除非获取到锁否则无法被中断，这可能会导致线程挂起的时间过长。
3. 性能开销：在某些情况下，使用 synchronized 可能会引入一定的性能开销，特别在高并发的场景下，这种开销可能会更加显著。
4. 局限性：synchronized 的锁是基于对象的，因此如果需要对不同的资源进行管理，就需要创建不同的对象锁，这可能会增加复杂性。

总的来说，`synchronized` 是一种简单且有效的线程同步机制，但在一些特定的情况下可能存在一些性能和灵活性上的局限性。在实际开发中，可以根据具体情况选择合适的同步机制，例如 `ReentrantLock`、`ReadWriteLock` 等来弥补 `synchronized` 的不足。

⭐扩展：synchronized 和 volatile 的区别？

synchronized 和 volatile 都是 Java 中用于保证多线程程序正确性的关键字，虽然它们的作用有所不同，但可以作为互补。

synchronized 关键字用于实现原子性操作和互斥访问。使用 synchronized 修饰的代码块或方法，在同一时间只允许一个线程进入临界区，其他线程需要等待当前线程执行完毕后才能进入。因此，synchronized 能够保证多个线程对共享资源的安全访问，并防止数据竞争和不一致性。

volatile 关键字用于保证可见性和禁止指令重排序。使用 volatile 修饰的变量，在多个线程之间保持可见性，当一个线程修改了变量的值，其他线程能够立即看到最新的值。此外，volatile 还能够禁止编译器和处理器对代码的优化，确保指令按照程序的顺序执行，避免出现意外的结果。

需要注意的是，volatile 不能保证原子性，如果需要进行复合操作，例如自增、自减、比较并交换等，仍然需要使用 synchronized 或 Lock 等机制来确保原子性。
 

⭐扩展：synchronized与Lock的区别？

图片来源：详解synchronized与Lock的区别与使用_synchronized 与lock 和redissionclient分布式锁区别-CSDN博客

小结

注意：在 JDK1.5之前synchronized是一个重量级锁，相对于juc包中的Lock，synchronized显得比较“重量级”。但是在 Java 6 之后 Java 官⽅对从 JVM 层⾯对synchronized进行了优化，例如“偏向锁”、“轻量锁”等等，并作为Java并发场景下实现多线程安全的一种比较直接的操作。

参考：

synchronized（Java语言的关键字）_百度百科

https://www.cnblogs.com/three-fighter/p/14396208.html

你真的了解 Synchronized 吗？ – 知乎

synchronized 看这一篇就够了 – 知乎

详解synchronized与Lock的区别与使用_synchronized 与lock 和redissionclient分布式锁区别-CSDN博客
https://www.cnblogs.com/aspirant/p/11470858.html
 

万字干货|Synchronized关键字详解 – 知乎

深入Synchronized各种使用方法 – 一无是处的研究僧 – 博客园

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