基本使用

Java中的synchronized關鍵字用于在多線程環(huán)境下確保數據同步。它可以用來修飾方法和代碼塊
當一個線程訪問一個對象的synchronized方法或代碼塊時，其他線程將無法訪問該對象的其他synchronized方法或代碼塊。這樣可以確保在同一時間只有一個線程能夠執(zhí)行該代碼塊或方法，避免了多線程環(huán)境下的數據不一致問題，例如：

public class SynchronizedExample {
    private int count = 0;
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
}

在上面的代碼中，increment()方法是一個synchronized方法。當多個線程訪問這個方法時，只有一個線程能夠執(zhí)行該方法的代碼，其他線程將被阻塞。
synchronized關鍵字也可以用來修飾代碼塊，如：

public void increment() {
    synchronized(this) {
        count++;
    }
}

在上面的代碼中，synchronized關鍵字修飾的是一個代碼塊，并且鎖對象是當前對象(this)
注意：synchronized關鍵字會導致線程上下文切換和資源競爭，所以在使用時要注意性能問題

源碼解析

底層實現是通過 Java 虛擬機（JVM）的對象頭和監(jiān)視器鎖機制實現的

具體來說，當一個線程訪問一個對象的 synchronized 方法或代碼塊時，它會試圖獲取該對象的監(jiān)視器鎖。如果該鎖未被其他線程占用，該線程將獲得該鎖并執(zhí)行代碼；如果該鎖被其他線程占用，該線程將進入阻塞狀態(tài)，等待獲取該鎖

synchronized 是Java中用于實現同步的關鍵字，它在底層通過監(jiān)視器鎖（Monitor）來實現。下面是synchronized的源碼解析：

在Java中，每個對象都有一個與之關聯(lián)的監(jiān)視器鎖，也稱為內置鎖或對象鎖。當線程進入一個synchronized方法或代碼塊時，它會嘗試獲取該對象的監(jiān)視器鎖。如果鎖沒有被其他線程占用，則該線程獲得鎖并開始執(zhí)行代碼；如果鎖已經被其他線程占用，則該線程將被阻塞，直到鎖被釋放。

在Java虛擬機中，每個對象頭中都包含一部分用于實現synchronized的相關信息。這些信息包括：

• mark word：用于存儲對象的標記信息，包括鎖的狀態(tài)。
• Klass pointer：指向對象的類元數據，包括synchronized的相關信息。
• monitor：與對象關聯(lián)的監(jiān)視器，它記錄了當前占用鎖的線程、等待鎖的線程隊列等。

當一個線程嘗試獲取一個對象的鎖時，虛擬機會檢查對象頭中的標記信息。如果對象的鎖狀態(tài)為無鎖狀態(tài)，即未被其他線程占用，則該線程可以獲取鎖，并將標記信息設置為鎖定狀態(tài)。如果對象的鎖狀態(tài)為已鎖定，并且當前線程是鎖的所有者，則該線程可以繼續(xù)執(zhí)行代碼。如果對象的鎖狀態(tài)為已鎖定，并且當前線程不是鎖的所有者，則該線程將被放入等待隊列中，進入阻塞狀態(tài)。

當持有鎖的線程執(zhí)行完synchronized方法或代碼塊后，它會釋放鎖，即將對象頭中的鎖狀態(tài)置為無鎖狀態(tài)，并喚醒等待隊列中的一個線程，使其獲取鎖并繼續(xù)執(zhí)行。

需要注意的是，synchronized關鍵字可以修飾方法和代碼塊。在方法上修飾的synchronized表示對整個方法進行同步，而在代碼塊上修飾的synchronized表示對該代碼塊進行同步，使用的鎖對象通常是方法所屬對象或指定的對象。

總結起來，通過監(jiān)視器鎖的機制，Java的synchronized能夠保證同一時刻只有一個線程訪問同步代碼塊或方法，避免了多線程的數據競爭和并發(fā)問題。

這里給出一份簡化的 synchronized 關鍵字的源碼：

public void synchronized method() {
    // 加鎖
    Monitor.enter(this);
    try {
        // 同步代碼塊
    } finally {
        // 釋放鎖
        Monitor.exit(this);
    }
}

在這份代碼中，方法通過調用 Monitor.enter 方法獲取當前對象的監(jiān)視器鎖，并在 finally 塊中調用 Monitor.exit 方法釋放該鎖。因此，在 synchronized 方法內部的代碼可以保證在任意時刻只有一個線程可以訪問

常見面試題

• synchronized 方法和 synchronized 塊的區(qū)別是什么？
  作用范圍：synchronized 方法將整個方法體作為同步區(qū)塊，而 synchronized 塊可以將任意代碼塊作為同步區(qū)塊
  鎖的對象：synchronized 方法鎖定的是整個對象，而 synchronized 塊鎖定的是在括號內指定的對象
  可控性：synchronized 方法的同步粒度比較大，不夠靈活；而 synchronized 塊可以更靈活地控制同步代碼塊的大小
  綜上所述，在確定同步粒度時，通常使用 synchronized 塊比使用 synchronized 方法更靈活，但是如果整個方法都需要同步，使用 synchronized 方法會更加簡單易懂
• 什么情況下可以使用 synchronized 關鍵字？
  synchronized 關鍵字可以用于在多線程環(huán)境下保證方法或代碼塊的原子性。具體來說，如果一個線程正在執(zhí)行同步方法或代碼塊，則其他線程將無法訪問該方法或代碼塊
  常見情況包括：
  當多個線程訪問共享資源時，可以使用 synchronized 關鍵字保證線程的安全
  在訪問共享變量時，需要對其進行同步控制
• 在線程通信中，可以使用 synchronized 關鍵字保證線程之間的同步通信
  synchronized 關鍵字的性能開銷如何？
  synchronized 關鍵字的使用會帶來一些性能開銷，因為它需要在多個線程之間進行同步。當線程訪問同步代碼塊時，它必須獲得鎖，這會增加額外的開銷。如果同步代碼塊執(zhí)行時間過長，其他線程將一直等待，進而降低程序的性能。
  因此，應該盡量避免在高并發(fā)情況下使用 synchronized，或者使用其他的并發(fā)控制機制，如 java.util.concurrent 包中的鎖和原子操作類等。
• synchronized 關鍵字如何實現可重入？
  “可重入” 指的是同一線程可以多次獲取同一個鎖。例如，當線程 A 進入一個同步塊時，如果它再次試圖進入該塊，則可以再次獲取鎖，而不會發(fā)生死鎖
  在 Java 中，synchronized 關鍵字可以實現可重入，原因如下：
  synchronized 關鍵字使用對象監(jiān)視器鎖來實現同步。
  對象監(jiān)視器鎖是基于線程的，并且每個線程有一個獨立的計數器，用于跟蹤它在當前對象上獲取的鎖的數量。
  當線程試圖獲取鎖時，如果它已經擁有該鎖，則計數器將遞增。
  當線程退出同步塊時，計數器將遞減。
  只有當計數器為零時，該線程才會釋放鎖。
  因此，如果一個線程在同一對象上多次進入同步塊，它將多次獲得該鎖，并在退出該塊時多次釋放該鎖。因此，synchronized 關鍵字是可重入的。

• synchronized 關鍵字與 lock 機制的比較？
  synchronized 關鍵字和 Lock 機制都是用來保證線程同步的方法。但是它們有一些明顯的差異：

靈活性：Lock 機制比 synchronized 關鍵字更靈活，因為它提供了更多的鎖定操作，例如可以實現公平鎖和非公平鎖，還可以實現讀寫鎖。
可中斷性：Lock 機制可以中斷一個線程的等待，而 synchronized 關鍵字不能。
可重入性：synchronized 關鍵字是自動可重入的，而 Lock 機制必須手動實現。
性能：如果比較的是相同的鎖定操作，synchronized 關鍵字通常比 Lock 機制更快，因為它是內置的。
總體而言，在簡單的同步情況下，synchronized 關鍵字更方便，但是在需要更多靈活性的情況下，Lock 機制可能是一個更好的選擇。

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《深入理解Java高并發(fā)編程》致力于介紹Java高并發(fā)編程方面的知識。由于多線程處理涉及的知識內容十分豐富，因此介紹時必須從Java層面的講解一直深入到底層的知識講解。為了幫助讀者輕松閱讀本書并掌握其中知識，本書做了大量基礎知識的鋪墊。在第1篇基礎知識儲備中，主要介紹計算機原理、并發(fā)基礎、常見語言的線程實現、Java并發(fā)入門、JUC之Java線程池、JUC之同步結構、Java NIO詳解等內容。在第2篇深入Java并發(fā)原理中，詳細介紹了JUC包中所有使用的原子類的原理與源碼實現；非常關鍵且容易出錯的volatile關鍵字的原理，從Java、JVM、C、匯編、CPU層面對其進行詳細講解；synchronized在JVM中獲取鎖和釋放鎖的流程；JUC包的核心結構——AQS的原理與源碼實現，通過逐方法、逐行的解釋，幫助讀者徹底掌握AQS中提供的獲取鎖、釋放鎖、條件變量等操作的實現與原理。最后，詳細介紹了JVM中JNI的實現原理，將Java Thread對象中的所有方法在JVM層面的實現流程進行了詳細描述，以幫助讀者在使用這些方法時，知道底層發(fā)生了什么，以及發(fā)生異常時如何從容解決問題。

• 作者簡介

黃俊，專注于研究Java語言， Hotspot， Linux內核，C語言與匯編，架構設計，多線程并發(fā)處理，專注于研究高效學習方式。曾就職于美團、阿里，前新東方業(yè)務架構師。

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-712773.html

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