同步编程的守护神：详解Java中的synchronized
2024-03-06 14:31:45
在多线程编程中，多个线程如同赛跑选手，争先恐后地访问和修改共享资源，这很容易导致数据混乱，就像多个画家同时在一块画布上作画，最终的画面可能面目全非。为了避免这种混乱，我们需要引入同步机制，synchronized正是Java提供的同步工具，它如同一位尽职的交通指挥员，协调各个线程对共享资源的访问，确保程序的有序执行。
synchronized关键字可以用来修饰方法或代码块，它保证了同一时刻只有一个线程能够执行被它修饰的代码，其他线程只能耐心等待。当一个线程想要进入同步代码块时，它首先需要获取一把锁，这把锁就像一把钥匙，只有持有钥匙的线程才能进入房间。当线程执行完同步代码块后，它会释放锁，其他线程才有机会获取锁并进入。
synchronized的使用场景
那么，在什么情况下我们需要使用synchronized呢？简单来说，只要多个线程需要访问同一个共享资源，就需要考虑使用同步机制。
举个例子，假设有一个银行账户，多个用户同时进行存款和取款操作。如果没有同步机制的保护，可能会出现以下情况：用户A查询余额为1000元，准备取款500元；与此同时，用户B也查询到余额为1000元，准备取款600元。由于没有同步，两人都认为账户余额足够，分别进行了取款操作。最终，账户余额变成了-100元，这显然是不合理的。
使用synchronized可以避免这种情况发生。我们可以将存款和取款操作放在同步代码块中，确保同一时刻只有一个用户能够操作账户。这样，用户A和用户B的操作就会被依次执行，避免了数据混乱。
synchronized的两种用法
synchronized关键字有两种用法：修饰方法和修饰代码块。
1. 修饰方法
当synchronized修饰一个方法时，表示该方法是同步方法。例如：
public synchronized void deposit(int amount) {
// 存款操作
}
这意味着，当一个线程调用deposit方法时，它会获取该方法所属对象的锁，其他线程如果也想要调用该方法，就必须等待锁被释放。
2. 修饰代码块
synchronized也可以用来修饰代码块，例如：
public void withdraw(int amount) {
synchronized (this) {
// 取款操作
}
}
这种情况下，只有被synchronized括起来的代码块是同步的，其他代码不受影响。synchronized后面的括号里是锁对象，可以是任意对象，但通常是与共享资源相关的对象。
使用synchronized的注意事项
在使用synchronized时，需要注意以下几点：
- 锁的粒度： 同步代码块的范围应该尽可能小，只包含需要同步的代码，避免不必要的阻塞。
- 锁的选择： 选择合适的锁对象，避免死锁。
- 避免嵌套同步： 尽量避免在同步方法中调用其他同步方法，这可能会导致死锁。
- 异常处理： 在同步代码块中使用
try-finally块，确保即使发生异常，锁也能被释放。
常见问题解答
1. synchronized和ReentrantLock有什么区别？
synchronized是Java内置的同步机制，使用简单方便；ReentrantLock是Java 5引入的更高级的同步工具，提供了更灵活的控制，例如可以设置超时时间、可中断等。
2. volatile关键字可以代替synchronized吗？
volatile关键字可以保证变量的可见性，但不能保证原子性，因此不能完全代替synchronized。
3. 如何避免死锁？
避免死锁的关键是避免循环等待，例如，线程A持有锁1并等待锁2，线程B持有锁2并等待锁1，就会发生死锁。
4. synchronized会影响性能吗？
synchronized会引入一定的性能开销，因为它需要获取和释放锁。但是，在保证线程安全的前提下，这点开销是可以接受的。
5. 如何选择合适的同步机制？
选择合适的同步机制需要根据具体的应用场景进行权衡。如果只是简单的同步需求，synchronized就足够了；如果需要更高级的功能，例如超时、可中断等，可以选择ReentrantLock。
总结
synchronized关键字是Java并发编程中不可或缺的工具，它为我们提供了简单易用的同步机制，帮助我们避免数据竞争和线程安全问题。理解synchronized的原理和使用方法，对于编写高质量的多线程程序至关重要。
