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Synchronized 底层实现探秘，揭秘锁升级的奥秘
后端
2024-01-30 08:11:14
Java中的synchronized：揭秘线程同步的利器
简介
在多线程编程的世界中，线程同步是确保共享资源安全性和数据完整性的关键。Java 中的 synchronized 是实现线程同步的一大利器，它通过底层的锁机制为共享资源提供可靠的保护。在这篇文章中，我们将深入探究 synchronized 的底层实现，揭开锁升级的秘密，带你踏上对 Java 并发编程的深入探索之旅。
synchronized 的底层实现
synchronized 关键字实际上是一种语法糖，它最终会被编译器翻译成一系列底层的 JVM 指令。这些指令的主要作用包括：
- 获取锁： 当一个线程想要访问受
synchronized保护的资源时，它会尝试获取该资源的锁。锁是一种同步机制，用于保证同一时刻只有一个线程可以访问资源。 - 执行代码： 如果线程成功获取锁，它就可以执行受保护的代码块。在此期间，其他线程将被阻止访问该资源。
- 释放锁： 当受保护的代码块执行完毕后，线程会释放该资源的锁。此时，其他线程就可以竞争获取锁并访问资源了。
锁升级
锁升级是一种优化技术，它可以减少锁竞争，从而提升并发性能。在 Java 中，当锁定的对象是实例对象时，锁升级机制会自动生效。
锁升级分两个阶段进行：
- 偏向锁： 当一个线程首次获取对象锁时，JVM 会将该锁升级为偏向锁。偏向锁只允许一个线程持有，其他线程获取锁时需要进行竞争。
- 轻量级锁： 如果偏向锁被打破（即其他线程试图获取锁），JVM 会将锁升级为轻量级锁。轻量级锁比偏向锁更严格，它允许多个线程同时获取锁，但这些线程必须运行在同一个 JVM 上。
锁升级的优点
锁升级可以带来以下优点：
- 减少锁竞争： 偏向锁和轻量级锁减少了锁竞争，因为它们允许多个线程同时持有锁。
- 提高并发性能： 由于锁竞争的减少，并发性能得到了提升。
- 降低锁开销： 偏向锁和轻量级锁比重量级锁（即传统的锁）开销更低，这可以节省系统资源。
编写安全的并发代码
虽然 synchronized 和锁升级提供了线程同步的机制，但编写安全的并发代码还需要遵守一些最佳实践：
- 最小化锁持有时间： 应尽可能缩短锁的持有时间，以避免其他线程长时间等待。
- 避免嵌套锁： 嵌套锁会增加锁竞争和死锁的可能性。
- 使用并发集合： Java 提供了专门的并发集合类（如
ConcurrentHashMap），它们可以提供更高的并发性和可扩展性。
示例代码
以下代码展示了如何使用 synchronized 保护共享资源：
class SharedCounter {
private int count = 0;
public synchronized void increment() {
count++;
}
public int getCount() {
return count;
}
}
常见问题解答
- 什么时候使用
synchronized？
当多个线程同时访问共享资源时，需要使用synchronized来确保资源的安全性。 - 什么是偏向锁？
偏向锁是一种轻量级的锁，它允许一个线程在不与其他线程竞争的情况下获取锁。 - 什么是轻量级锁？
轻量级锁是一种比偏向锁更严格的锁，它允许多个线程同时获取锁，但这些线程必须运行在同一个 JVM 上。 - 锁升级是如何工作的？
当一个线程首次获取对象锁时，JVM 会将该锁升级为偏向锁。如果偏向锁被打破，则会升级为轻量级锁。 - 如何编写安全的并发代码？
编写安全的并发代码需要遵守最佳实践，如最小化锁持有时间、避免嵌套锁和使用并发集合。
结论
synchronized 关键字是 Java 中线程同步的基石，其底层的锁机制和锁升级技术为并发编程提供了强大的支持。通过深入了解 synchronized 的工作原理，开发者可以编写出安全高效的并发代码，满足现代应用对并发性的要求。在掌握了这些核心概念后，你将能够在多线程编程中游刃有余，为你的应用程序带来更佳的性能和可扩展性。
