万字长文教你彻底搞懂Java线程安全锁Synchronized
2023-09-09 16:00:33
Synchronized：Java中的线程安全利器
什么是线程安全？
想象一下一个繁忙的商店，顾客们在不同的柜台抢购商品。如果商店没有采取措施，顾客们可能会撞到彼此，商品也会被抢光。这就像线程共享数据时的多线程环境，如果没有适当的保护，可能会导致数据损坏和程序崩溃。
线程安全是指多个线程可以同时访问共享资源，而不会造成数据混乱。为了在Java中实现线程安全，可以使用synchronized 。
Synchronized的原理
Synchronized通过内置锁（对象头）来控制共享资源的访问。当一个线程获得锁后，其他线程将无法访问该资源，直到该线程释放锁。这就像商店柜台前的排队系统，每个人排队等待轮到自己。
Synchronized的用法
使用synchronized非常简单，只需在需要同步的代码块前加上synchronized关键字，并指定一个锁对象。
public class Counter {
private int count;
public synchronized void increment() {
count++;
}
}
在这个例子中，count是一个共享资源，increment方法是一个需要同步的方法。当一个线程调用increment方法时，它将获得count锁，直到该线程执行完该方法。
锁竞争
当多个线程同时尝试获取同一个锁时，就会发生锁竞争。锁竞争会阻塞线程，降低程序的性能。为了避免锁竞争，可以使用以下方法：
- 使用更细粒度的锁。
- 减少锁的使用时间。
- 使用公平锁。
Synchronized的其他用法
除了对代码块加锁外，Synchronized还可以用来修饰方法和类。
- synchronized方法： 当一个方法被synchronized修饰后，该方法将成为一个同步方法。当一个线程调用该方法时，该线程将自动获取该方法的锁。
- synchronized类： 当一个类被synchronized修饰后，该类的所有方法都将成为同步方法。
Synchronized的优缺点
优点：
- 简单易用： 使用Synchronized只需在代码块前加上一个关键字。
- 无需考虑锁的释放问题： Java虚拟机(JVM)会自动释放锁。
缺点：
- 性能开销大： 加锁操作会带来一定的性能开销。
- 可扩展性差： 随着并发线程数的增加，Synchronized的性能会急剧下降。
- 容易造成死锁： 如果多个线程同时持有不同的锁，并且这些锁又相互依赖，那么就会发生死锁。
结论
Synchronized是Java中常用的线程安全锁，具有简单易用、不需要考虑锁的释放问题等优点。但是，Synchronized也存在性能开销大、可扩展性差、容易造成死锁等缺点。在使用Synchronized时，需要权衡其优点和缺点，并根据具体情况选择合适的锁机制。
常见问题解答
1. Synchronized是如何防止数据混乱的？
Synchronized通过内置锁对共享资源进行加锁，当一个线程获取到锁后，其他线程将无法访问该资源，直到该线程释放锁。
2. 什么是锁竞争？
当多个线程同时尝试获取同一个锁时，就会发生锁竞争。锁竞争会导致线程阻塞，降低程序的性能。
3. 如何避免锁竞争？
可以使用以下方法避免锁竞争：
- 使用更细粒度的锁。
- 减少锁的使用时间。
- 使用公平锁。
4. Synchronized有哪些优点？
- 简单易用： 使用Synchronized只需在代码块前加上一个关键字。
- 无需考虑锁的释放问题： Java虚拟机(JVM)会自动释放锁。
5. Synchronized有哪些缺点？
- 性能开销大： 加锁操作会带来一定的性能开销。
- 可扩展性差： 随着并发线程数的增加，Synchronized的性能会急剧下降。
- 容易造成死锁： 如果多个线程同时持有不同的锁，并且这些锁又相互依赖，那么就会发生死锁。
