Java 中 synchronized 关键字的深入解析

2024-02-07 11:38:55

Java 中的 synchronized 是一种用于控制多线程并发访问共享资源的强大工具。它通过使用锁机制确保同一时刻只有一个线程可以访问临界区（共享资源），从而避免了数据不一致和程序崩溃等问题。

synchronized 的原理

synchronized 关键字的作用原理与对象头密不可分。每个 Java 对象都有一个对象头，其中包含了该对象的哈希码、GC 分代年龄等信息，以及一个称为监视器锁（monitor lock）的标志。监视器锁是一种二进制变量，它表示该对象是否被锁定。

当一个线程试图进入一个 synchronized 代码块或方法时，它会首先尝试获取该对象的监视器锁。如果监视器锁处于解锁状态，则线程可以顺利进入临界区。否则，该线程将被阻塞，直到监视器锁被释放。

锁升级过程

Java 中的锁升级过程是一个优化机制，它可以根据争用情况动态调整锁类型。锁升级过程分为以下几个阶段：

偏向锁： 当一个对象被一个线程独占访问一段时间后，JVM 会将该对象的监视器锁升级为偏向锁。偏向锁仅允许该线程访问临界区，其他线程试图获取锁时会直接失败。
轻量级锁： 如果偏向锁失败，JVM 会将该对象的监视器锁升级为轻量级锁。轻量级锁允许多个线程同时访问临界区，但只能有一个线程同时写入数据。
重量级锁： 如果轻量级锁失败，JVM 会将该对象的监视器锁升级为重量级锁。重量级锁是一种全局锁，它不允许任何线程同时访问临界区。

使用 synchronized 的注意事项

使用 synchronized 关键字时需要注意以下事项：

锁的粒度： synchronized 关键字的作用范围可以通过作用于代码块或方法来控制。一般来说，锁的粒度越小，并发性越好，但开销也越大。
死锁： 当多个线程相互持有对方的锁时，就会发生死锁。为了避免死锁，应谨慎使用 synchronized 关键字，并遵循锁顺序规则。
性能开销： synchronized 关键字会导致一定的性能开销，因此在使用时应权衡利弊。

实例

以下是一个使用 synchronized 关键字保护共享资源的代码示例：

public class Counter {
    private int count = 0;

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

    public int getCount() {
        return count;
    }
}