一览云烟中的synchronized，从编程到本质
2023-11-19 14:45:32
同步的力量：深入探索 Java 中的 synchronized
什么是并发编程？
想象一下一个管弦乐队：许多音乐家同时演奏不同的乐器，却能创造出和谐而富有表现力的音乐。并发编程与此类似，多个线程（类似于音乐家）同时运行，共同协作完成任务。
synchronized：协同线程的和谐
在并发编程中，协调线程之间的交互至关重要。如果没有适当的机制，就会产生混乱，导致数据不一致、死锁和饥饿。synchronized 是 Java 中一种常见的同步工具，就像一个交通警察，指挥线程有序地访问共享资源。
synchronized 的语法
synchronized 的语法非常简单：
synchronized (object) {
// 需要同步执行的代码
}
object 是需要同步的对象。当一个线程进入 synchronized 代码块或方法时，它将获得该对象的锁。其他线程在该线程释放锁之前无法进入该代码块或方法。
锁原理：轻量级与重量级
Java 虚拟机 (JVM) 使用两种类型的锁：
- 轻量级锁： 一种优化技术，在并发程度较低时使用。当线程请求锁时，JVM 尝试使用轻量级锁。如果成功，线程可以访问共享资源。
- 重量级锁： 一种传统的锁机制，在轻量级锁失败时使用。重量级锁会阻塞线程，直到锁被释放。
synchronized 使用 JVM 的锁机制。当线程进入 synchronized 代码块时，JVM 为该线程获取锁。如果获取成功，线程可以继续执行。否则，线程将被阻塞，直到锁被释放。
锁重入：线程的递归
锁重入允许一个线程多次获得同一个对象的锁。这在递归方法中很常见，因为线程在调用自身时需要获得相同的锁。synchronized 支持锁重入，使递归方法能够正常执行。
脏读：未提交数据的危险
脏读是指一个线程读取到另一个线程未提交的数据。synchronized 通过阻塞线程的执行直到锁被释放来防止脏读。
锁升级：轻量级到重量级的转变
在某些情况下，JVM 会将轻量级锁升级为重量级锁：
- 当线程请求轻量级锁时，锁已经被其他线程持有。
- 当线程在轻量级锁的保护下执行代码时，发生了异常。
锁升级会导致性能下降，因此应尽量避免。
synchronized 的应用场景
synchronized 广泛应用于并发编程中，包括：
- 保护共享数据结构，例如集合和队列。
- 同步对外部资源的访问，例如文件和数据库。
- 实现互斥，确保一次只有一个线程执行特定代码段。
常见的疑难解答
1. synchronized 总是使用重量级锁吗？
不，synchronized 优先使用轻量级锁。只有在轻量级锁获取失败时，才会升级到重量级锁。
2. 锁升级一定会导致性能下降吗？
是的，锁升级会阻塞线程，导致性能下降。因此，应尽可能避免锁升级。
3. synchronized 可以防止死锁吗？
不能，synchronized 仅能防止锁争用，不能解决死锁。死锁需要使用其他技术，例如死锁检测和避免。
4. 什么情况下需要使用 synchronized？
当多个线程访问共享数据时，需要使用 synchronized 来确保数据一致性和线程安全。
5. 替代 synchronized 的方法有哪些？
Java 中还有其他同步机制，例如锁、原子变量和并发集合，它们在特定场景下可能更适合。
结论
synchronized 是 Java 中一种强大的同步机制，通过协调线程之间的交互和共享数据，它确保了并发应用程序的可靠性和正确性。理解 synchronized 的原理和应用场景至关重要，以构建健壮高效的并发程序。
