java中的synchronized关键字

  synchronized是 Java 中用于实现​​线程同步​​的关键字，它提供了一种​​互斥访问共享资源​​的机制，确保多个线程在访问临界区（Critical Section）时不会发生数据竞争（Data Race），从而保证线程安全。

1. synchronized的作用​​

synchronized的主要作用是：

1. ​​互斥访问（Mutual Exclusion）​​：确保同一时间只有一个线程可以进入同步代码块或方法，防止多个线程同时修改共享数据。

2. ​​可见性（Visibility）​​：确保线程对共享变量的修改对其他线程立即可见（类似于 volatile的可见性保证）。

3. ​​有序性（Ordering）​​：防止指令重排序，确保同步代码块内的操作按预期顺序执行。

2. synchronized的底层原理​​

  synchronized的底层实现依赖于 ​​JVM 的 Monitor（监视器）机制​​ 和 ​​Monitor Enter/Monitor Exit 指令​​。

​​2.1. Monitor（监视器）机制​​

• 每个 Java 对象都有一个 ​​Monitor（监视器锁）​​，也称为 ​​内置锁（Intrinsic Lock）​​ 或 ​​对象锁​​

• 当线程进入 synchronized代码块时，会尝试 ​​获取该对象的 Monitor 锁​​（MonitorEnter）

• 如果锁已被其他线程持有，则当前线程会 ​​阻塞​​，直到锁被释放

• 当线程退出 synchronized代码块时，会 ​​释放 Monitor 锁​​（MonitorExit）

2.2. JVM 指令​​

synchronized方法或代码块在字节码层面会被编译为：

• ​​monitorenter​​（进入同步块，获取锁）

• ​​monitorexit​​（退出同步块，释放锁）

如果发生异常，JVM 会确保 monitorexit被执行，防止死锁。​​

3. synchronized的使用方式​ 

​​3.1. 同步实例方法（同步当前对象） 

public class Counter {
    private int count = 0;

    // 同步实例方法，锁的是当前对象（this）
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
}

• ​​锁对象​​：当前实例对象（this）。

• ​​作用范围​​：整个方法体。

• ​​适用场景​​：当多个线程访问同一个对象的同步方法时，同一时间只有一个线程可以执行该方法。

3.2. 同步静态方法（同步类对象）​ 

public class Counter {
    private static int count = 0;

    // 同步静态方法，锁的是当前类的 Class 对象（Counter.class）
    public static synchronized void increment() {
        count++;
    }
}

• ​​锁对象​​：当前类的 Class对象（如 Counter.class）。

• ​​作用范围​​：整个静态方法体。

• ​​适用场景​​：当多个线程访问同一个类的静态同步方法时，同一时间只有一个线程可以执行该方法。

3.3. 同步代码块（灵活控制锁对象）​

public class Counter {
    private int count = 0;
    private final Object lock = new Object(); // 自定义锁对象

    public void increment() {
        synchronized (lock) { // 同步代码块，锁的是 lock 对象
            count++;
        }
    }
}

• ​​锁对象​​：可以是任意对象（如 this、Class对象、自定义对象）。

• ​​作用范围​​：仅限于 synchronized块内的代码。

• ​​适用场景​​：当只需要同步部分代码时，使用同步代码块可以提高性能（减少锁的粒度）。

4. volatile 与synchronized的核心功能对比

• ​​volatile性能更高​​：因为它不涉及锁竞争和线程阻塞，仅通过内存屏障保证可见性。

• ​​synchronized在低竞争时优化后性能接近 volatile​​，但在高竞争时会显著变慢。