全方位解析synchronized关键字,守护多线程安全的并发神器

后端

2024-01-10 09:02:54

同步化之谜：揭秘 Java 中的 synchronized

什么是 synchronized？

想象一个热闹的房间，里面挤满了人。当一个人想要使用房间中央的麦克风时，他们必须先拿到钥匙，其他人都必须排队等待。这种钥匙就是 Java 中的 synchronized，它是一种机制，用于在多线程环境中控制对共享资源的访问。

synchronized 的原理

synchronized 的核心是内部锁，每个对象都拥有一个独一无二的锁。当一个线程进入 synchronized 代码块时，它会获取该代码块的锁，就像拿到房间的钥匙一样。其他线程必须耐心等待，直到锁被释放，才能进入该代码块。

synchronized 的优化

为了提高 synchronized 的性能，Java 引入了巧妙的优化：

偏向锁： 当一个线程长时间持有锁时，JVM 会将锁标记为偏向锁。这样，当该线程再次尝试获取锁时，无需竞争，可以直接获取，省去了排队的麻烦。
轻量级锁： 当一个线程尝试获取锁时，JVM 会尝试获取轻量级锁。轻量级锁比偏向锁更轻量，可以在用户态获取，无需进入内核空间，从而提高了性能。
自旋锁： 当一个线程尝试获取锁时，JVM 会尝试获取自旋锁。自旋锁允许线程在获取锁时自旋，而不是立即挂起，进一步减少了等待时间。

如何使用 synchronized

使用 synchronized 非常简单，只需在共享资源的代码块前面加上 synchronized 即可，就像为房间加上一把锁。例如：

public class Counter {
    private int count = 0;

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

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

synchronized 的常见问题及解决办法

死锁： 当两个线程相互等待对方释放锁时，就会发生死锁，就像两个都拿着钥匙却谁都不愿意开门一样。解决办法是确保线程不会无限期地等待锁。
性能问题： synchronized 会导致性能问题，因为当一个线程持有锁时，其他线程必须等待。解决办法是使用更轻量级的锁机制，例如偏向锁、轻量级锁和自旋锁。
饥饿： 当一个线程长时间无法获取锁时，就会发生饥饿，就像一个人排队排得太久，终于轮到自己时，却发现门已经关了。解决办法是使用公平锁机制，确保每个线程都有机会获取锁。

结论

synchronized 是一种强大的工具，可以保护共享资源和实现线程同步。但就像使用任何工具一样，需要小心谨慎，避免潜在的陷阱。通过了解 synchronized 的原理和优化，以及常见的陷阱和解决办法，你可以充分发挥它的威力，让你的多线程代码运行得更加流畅。

常见问题解答

什么是内部锁？
内部锁是 Java 中 synchronized 机制的核心，它与每个对象关联，用于控制对共享资源的访问。
如何避免死锁？
避免死锁的关键是确保线程不会无限期地等待锁。可以采取的技术包括死锁检测、超时和锁排序。
什么是偏向锁？
偏向锁是一种优化，当一个线程长时间持有锁时，JVM 会将锁标记为偏向锁，这样该线程再次获取锁时无需竞争。
什么是公平锁？
公平锁是一种机制，它确保每个线程都有机会获取锁，避免饥饿问题。
如何提高 synchronized 的性能？
可以采用多种技术来提高 synchronized 的性能，包括使用偏向锁、轻量级锁和自旋锁，以及避免不必要的同步。