程序员必备干货：synchronized底层原理全解析
2022-11-21 12:59:39
synchronized：Java并发编程的基石
前言
作为程序员，我们每天都离不开并发编程。而Java中，synchronized 是实现并发编程的基础。
什么是synchronized
synchronized翻译过来是同步的意思，它是Java中一个内置的同步锁机制，用于保证多线程访问同一资源的可见性、互斥性。即当一个线程已经获取资源锁时，其他试图获取该锁的线程将被阻塞，直到该锁被释放。
synchronized的底层原理
synchronized的底层实现依赖于Java虚拟机（JVM）提供的内置锁机制，它本质上是一个重量级锁 。当一个线程获取synchronized锁时，JVM会创建一个称为Monitor 的对象来管理该锁。Monitor对象与每个Java对象关联，并包含一个称为锁标志的字段。当一个线程试图获取锁时，它会检查锁标志是否被其他线程持有。如果锁标志被持有，则该线程将被阻塞，直到锁标志被释放。当锁标志被释放时，第一个等待的线程将被唤醒并获取锁。
synchronized在Java中的作用
synchronized在Java中主要用于实现线程同步。它可以确保只有一个线程同时访问共享资源，从而避免数据竞争和保证数据一致性。在使用synchronized时，需要遵循以下规则：
- 只能在方法或代码块中使用synchronized，而不能在类或接口中使用。
- synchronized只能用于修饰方法或代码块，而不能用于修饰变量或字段。
- 在方法或代码块中使用synchronized时，需要指定锁对象，即要保护的共享资源。
- 一个线程只能获取同一个锁对象的一次锁，如果再次获取该锁，则会造成死锁。
synchronized的锁升级优化
为了提高synchronized的性能，Java虚拟机（JVM）引入了锁升级优化 机制。锁升级是指当锁竞争激烈时，将重量级锁转换为轻量级锁 的过程。重量级锁是指由JVM直接管理的锁，而轻量级锁是指由线程自己管理的锁。轻量级锁的开销更低，因此在锁竞争不激烈的情况下，使用轻量级锁可以提高程序性能。
锁升级优化的过程如下：
- 当一个线程首次获取锁时，JVM会创建一个重量级锁。
- 如果该锁被频繁访问，则JVM会将重量级锁转换为轻量级锁。
- 当锁不再被频繁访问时，JVM会将轻量级锁转换为重量级锁。
锁升级优化机制可以有效地提高synchronized的性能，但是在使用时需要注意以下几点：
- 锁升级优化是JVM自动进行的，程序员无法控制。
- 锁升级优化只适用于非静态synchronized方法。
- 锁升级优化只适用于竞争不激烈的锁。
示例代码
public class SynchronizedExample {
private int count = 0;
public synchronized void increment() {
count++;
}
public int getCount() {
return count;
}
}
在这个例子中，increment方法被synchronized修饰，表示在执行increment方法时，只能有一个线程访问count变量，从而保证了count变量的原子性。
结论
synchronized是Java中实现线程同步的基础锁机制，它可以保证只有一个线程同时访问共享资源，从而避免数据竞争和保证数据一致性。synchronized的底层实现依赖于Java虚拟机（JVM）提供的内置锁机制，它本质上是一个重量级锁。为了提高synchronized的性能，Java虚拟机（JVM）引入了锁升级优化机制。锁升级是指当锁竞争激烈时，将重量级锁转换为轻量级锁的过程。锁升级优化机制可以有效地提高synchronized的性能，但是在使用时需要注意一些注意事项。
常见问题解答
-
为什么使用synchronized可以保证线程安全？
因为它保证了只有一个线程同时访问共享资源，从而避免了数据竞争。 -
synchronized的底层原理是什么？
它基于Java虚拟机（JVM）提供的内置锁机制，本质上是一个重量级锁。 -
什么是锁升级优化？
它是一种机制，当锁竞争激烈时，将重量级锁转换为轻量级锁，以提高性能。 -
什么时候应该使用synchronized？
当需要保证多线程访问共享资源的可见性、互斥性和原子性时。 -
在使用synchronized时需要注意哪些事项？
- 只能在方法或代码块中使用。
- 只能修饰方法或代码块，不能修饰变量或字段。
- 需要指定锁对象。
- 一个线程只能获取同一个锁对象的一次锁。
