Java锁的利器：synchronized，守护并发下的线程安全
2023-01-02 22:27:34
并发编程的棘手问题：资源争夺与临界区
在计算机编程的世界中，并发性是一个强大且必不可少的工具，它允许多个进程或线程同时执行，极大地提高了效率。然而，这种力量也伴随着一个潜在的陷阱：资源争夺 。
当多个线程试图同时访问共享资源时，就会出现资源争夺。就像在现实生活中，当一群人同时争抢同一个东西时，混乱和错误不可避免。同样，在并发编程中，资源争夺可能导致数据不一致、崩溃甚至死锁。
为了解决这个问题，程序员求助于临界区 ，这是程序中的一个代码段，一次只能被一个线程访问。临界区就好像一个特殊的俱乐部，一次只能允许一名成员进入。通过控制对临界区的访问，我们可以确保共享资源不会同时被多个线程修改，从而避免了混乱。
Java的救星：synchronized
Java语言为我们提供了一个强大的工具来创建临界区：synchronized 。synchronized可以附加到方法或代码块上，当一个线程进入synchronized块时，它会自动获取对该块的独占访问权。其他线程只能等待，直到该线程释放锁，才能进入。
synchronized的奥秘
synchronized是如何工作的呢？Java虚拟机（JVM）为每个对象维护一个监视器（monitor） 。监视器就像一个看门人，它控制着对对象的访问。当一个线程进入synchronized块时，它会尝试获取监视器锁。如果锁已经被另一个线程持有，该线程将被阻塞，直到锁被释放。只有当锁被释放时，该线程才能获取锁并进入synchronized块。
synchronized的闪亮时刻
synchronized广泛应用于需要同步访问共享资源的场景，例如：
- 多个线程访问同一对象的成员变量
- 多个线程同时读写同一个文件
- 多个线程并发访问数据库
synchronized的两面性
虽然synchronized功能强大，但它也有一些缺点：
- 阻塞： synchronized会阻塞线程，如果一个线程长时间持有锁，其他线程可能会长时间等待。
- 性能降低： 线程在等待锁时无法执行任何其他任务，这可能会降低程序的整体性能。
超越synchronized的局限
为了克服synchronized的局限，程序员可以使用以下策略：
- 缩小synchronized块： 只在绝对必要时使用synchronized，以减少锁的范围。
- 细粒度锁： 使用更细粒度的锁，例如对象锁或读写锁，以减少锁争用。
- 非阻塞锁： 使用非阻塞锁，例如自旋锁或乐观锁，以避免线程阻塞。
结论
synchronized是Java中用于创建临界区和防止资源争夺的强大工具。通过控制对共享资源的访问，synchronized确保了并发程序的稳定性和正确性。然而，程序员需要权衡synchronized的优点和缺点，并采用适当的策略来最大限度地利用其好处并规避其限制。
常见问题解答
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synchronized是如何防止死锁的？
synchronized防止死锁，因为它迫使线程在获取锁之前等待。这避免了多个线程同时持有不同的锁并等待彼此释放的情况。
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我应该始终使用synchronized吗？
不，只有在绝对需要时才使用synchronized。不必要的锁会降低性能和可扩展性。
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什么是重入锁？
重入锁允许同一个线程多次获取同一把锁。这在某些情况下非常有用，例如递归算法。
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synchronized是否保证原子性？
不，synchronized不能保证原子性。原子性是指一个操作要么完全成功，要么完全失败，中间没有状态。为了实现原子性，需要使用其他机制，例如原子变量。
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如何调试synchronized问题？
可以使用调试工具（如线程转储）来检查线程的锁定状态并识别锁定争用或死锁。
