揭秘synchronized背后：揭露monitor锁的奥秘

2023-12-29 23:20:41

深入理解 Java 中的 synchronized：确保线程安全的关键

引言

在多线程编程中，同步机制至关重要，它确保同一时刻只有一个线程访问共享资源，从而避免数据不一致和竞争问题。Java 中，synchronized 扮演着同步机制的核心角色。本文将深入探讨 synchronized 的概念、实现原理、优势和局限性，帮助你掌握线程安全的开发技巧。

synchronized 的作用

1. 修饰实例方法：

当一个线程调用一个 synchronized 实例方法时，它必须先获取该对象的锁，然后才能执行该方法。其他线程在该线程释放锁之前都不能调用该方法。这确保了同一时刻只有一个线程能访问该对象的数据或状态。

示例：

public class BankAccount {
    private int balance;

    public synchronized void deposit(int amount) {
        balance += amount;
    }

    public synchronized void withdraw(int amount) {
        if (balance >= amount) {
            balance -= amount;
        }
    }
}

2. 修饰静态方法：

当一个线程调用一个 synchronized 静态方法时，它必须先获取该类的锁，然后才能执行该方法。其他线程在该线程释放锁之前都不能调用该方法。这确保了同一时刻只有一个线程能访问类的静态数据或状态。

示例：

public class Counter {
    private static int count;

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

    public static synchronized void decrement() {
        count--;
    }
}

monitor 锁的概念

monitor 锁 是 synchronized 同步机制的核心，它与每个对象相关联。当一个线程调用一个 synchronized 方法或代码块时，它必须先获取该对象的 monitor 锁，然后才能执行该方法或代码块。其他线程在该线程释放锁之前都不能获取该对象的 monitor 锁。

monitor 锁是一种重量级锁 ，它的开销比轻量级锁 （如自旋锁）更大。但是，monitor 锁更可靠，因为它可以保证同一时刻只有一个线程可以访问某个共享资源。

获取和释放 monitor 锁的时机

线程在调用 synchronized 方法或代码块之前，必须先获取该对象的 monitor 锁。在调用 synchronized 方法或代码块之后，必须释放该对象的 monitor 锁。

线程获取和释放 monitor 锁的时机由 JVM 决定。一般来说，JVM 会在以下情况下获取 monitor 锁：

当一个线程调用一个 synchronized 方法时
当一个线程调用一个 synchronized 代码块时
当一个线程调用 Object.wait() 方法时
当一个线程调用 Object.notify() 或 Object.notifyAll() 方法时

JVM 会在以下情况下释放 monitor 锁：

当一个线程执行完一个 synchronized 方法或代码块时
当一个线程调用 Object.wait() 方法时
当一个线程调用 Object.notify() 或 Object.notifyAll() 方法时
当一个线程死亡时

比较 monitor 锁与其他 Java 并发锁机制

Java 中除了 monitor 锁之外，还提供了其他几种并发锁机制，包括：

自旋锁： 自旋锁是一种轻量级锁，它通过让线程在获取锁失败时不断自旋来避免线程阻塞。自旋锁的开销很小，但是它只适用于竞争不激烈的场景。
读写锁： 读写锁是一种锁，它允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入共享资源。读写锁可以提高并发性能，但它比 monitor 锁更复杂。
条件锁： 条件锁是一种锁，它允许线程在满足某些条件时才被唤醒。条件锁可以用于实现生产者-消费者模式等并发编程模式。

下表总结了 monitor 锁与其他 Java 并发锁机制的比较：

锁类型	开销	可靠性	适用场景
Monitor 锁	重量级	高	同步访问共享资源
自旋锁	轻量级	低	竞争不激烈的场景
读写锁	中等	中等	读写分离场景
条件锁	中等	中等	等待特定条件场景

monitor 锁的优缺点

monitor 锁是一种可靠的同步机制，它可以保证同一时刻只有一个线程可以访问某个共享资源。但是，monitor 锁也有以下缺点：

开销大： monitor 锁是重量级锁，它比轻量级锁（如自旋锁）开销更大。
容易造成死锁： 如果一个线程在持有 monitor 锁时调用了另一个 synchronized 方法或代码块，那么就会造成死锁。
难以调试： monitor 锁的实现比较复杂，因此很难调试与 monitor 锁相关的问题。

结论

monitor 锁是 Java 中实现 synchronized 同步机制的核心。它是一种可靠的同步机制，但也有开销大、容易造成死锁、难以调试等缺点。在实际开发中，应该根据具体情况选择合适的同步机制。

常见问题解答

1. synchronized 关键字是如何实现的？

synchronized 关键字是通过 Java 虚拟机（JVM）实现的。JVM 会为每个对象创建一个 monitor 锁对象。当一个线程调用一个 synchronized 方法或代码块时，JVM 会检查该对象的 monitor 锁是否已被其他线程持有。如果已被持有，则该线程会阻塞并等待 monitor 锁释放。

2. synchronized 关键字有什么局限性？

synchronized 关键字的局限性包括：