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揭秘synchronized底层机制，轻松掌握Java并发编程核心
后端
2023-12-22 05:41:54
synchronized：Java并发编程的基础
在Java并发编程的世界中，synchronized是一个必不可少的工具，它作为互斥锁，确保同一时刻只有一个线程可以访问共享资源。它既保证了数据的完整性，也促进了线程之间的有序执行。深入了解synchronized的内部机制将极大地提升你在Java并发编程方面的技能。
synchronized的本质
synchronized的本质是一种“重量级锁”，这意味着它的实现依赖于Java虚拟机（JVM）内部的锁机制，与操作系统的内核态密切相关。这种锁具有较高的开销，因此在使用时应尽量避免长时间持有。
synchronized的保证
synchronized为对共享资源的操作提供了三项关键保证：
- 原子性： 保证对共享资源的操作要么全部完成，要么根本不执行，避免数据的不一致。
- 可见性： 确保对共享资源的修改对所有线程都是可见的，消除线程之间的差异。
- 有序性： 按顺序执行对共享资源的访问，防止交错访问导致数据损坏。
synchronized的使用场景
synchronized的使用场景十分广泛：
- 保护共享资源： 在多个线程同时访问共享资源时，使用synchronized可以防止数据不一致性。
- 控制线程执行顺序： 利用synchronized可以按顺序执行某些操作，确保线程按照特定顺序执行。
- 实现线程之间的通信： synchronized可以作为等待-唤醒机制，实现线程之间的通信和协调。
synchronized的局限性
尽管synchronized是并发编程的基石，但也存在一些局限性：
- 性能开销大： 重量级锁的实现导致synchronized的性能开销较大。
- 容易产生死锁： 多个线程同时持有锁并等待其他线程释放锁时，可能发生死锁。
- 灵活性较差： synchronized只能用于保护共享资源，对于更复杂的并发场景，需要其他并发工具。
深入浅出synchronized的实现
synchronized通过JVM内部的monitorenter和monitorexit指令实现。当线程进入synchronized块时，它将获取锁。如果锁已被其他线程持有，线程将被阻塞，直到锁被释放。
代码示例
下面是一个使用synchronized的代码示例：
class Counter {
private int count;
public synchronized void increment() {
count++;
}
}
这个Counter类使用synchronized方法increment()来确保对count的修改是原子性的。
常见问题解答
- synchronized和Lock有什么区别？
synchronized是重量级锁，而Lock是轻量级锁，性能开销更小。 - 如何避免synchronized产生的死锁？
通过仔细设计锁的获取顺序和及时释放锁可以避免死锁。 - synchronized可以在方法的参数上使用吗？
可以，但只对方法内的特定对象有效。 - synchronized和volatile有什么区别？
volatile确保变量对所有线程都是可见的，但不能防止对变量的并发修改。 - synchronized的性能开销可以通过哪些方式减轻？
可以通过使用锁分段、细粒度锁和无锁算法来减轻synchronized的性能开销。
结语
掌握synchronized的底层机制对于理解Java并发编程至关重要。它可以保证数据完整性、控制线程执行顺序和实现线程之间的通信。虽然synchronized存在一些局限性，但它仍然是并发编程工具箱中一个必不可少的工具。
