Java多线程揭秘之synchronized工作原理

Java多线程编程中，synchronized关键字是最基础和最常用的并发控制手段之一，也是Java内置的重量级锁实现。本文将详细讲解synchronized关键字的工作原理，以及如何正确使用synchronized。

synchronized基本概念

synchronized是Java中的一个关键字，它可以用来修饰方法和代码块。被synchronized修饰的方法或代码块，称为同步方法或同步代码块。

通过synchronized关键字，我们可以实现对共享数据的访问控制，保证线程之间通信的安全性。当一个线程访问同步方法或同步代码块时，会自动获取到对象的锁，其他线程调用该方法或代码块时，必须等待该线程释放锁才能访问。在Java中，每个对象都有一个与之对应的锁，称为对象锁或监视器锁。

synchronized工作原理

synchronized关键字的工作原理基于Java中的对象锁机制，下面我们介绍几种常见的synchronized使用场景和工作原理。

1. 同步方法

同步方法指的是被synchronized修饰的方法，例如：

public synchronized void doSomething() {
    // ...
}

当一个线程调用同步方法时，它会自动获取到对象锁，其他线程必须等待该线程释放锁才能调用该方法。这样可以避免多个线程同时访问共享资源的情况，确保线程安全。

2. 同步代码块

同步代码块指的是使用synchronized关键字包围的代码块，例如：

public void doSomething() {
    synchronized(this) {
        // ...
    }
}

当一个线程进入同步代码块时，它会自动获取到对象锁，其他线程必须等待该线程释放锁才能进入该代码块。同步代码块的优势在于，可以避免对整个方法进行同步，从而提升程序的运行效率。

3. 对象锁和类锁

在Java中，每个对象都有一个与之对应的锁，称为对象锁或者监视器锁。当一个线程进入同步代码块时，它会自动获取到对象锁，其他线程必须等待该线程释放锁才能进入该代码块。

除了对象锁，还有一种更高层次的锁，称为类锁。类锁是针对所有该类的实例对象生效的锁。对于同一个类的实例对象，它们会共享同一个类锁。我们可以使用synchronized修饰一个静态方法，从而实现对类锁的使用。

示例代码：

public class ThreadExample {
    private static int counter = 0;

    public static synchronized void increment() {
        counter++;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                increment();
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                increment();
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(counter);
    }
}

在上面的示例代码中，increment()方法被synchronized修饰，它会自动获取到ThreadExample类的类锁。因此，两个线程t1和t2在调用increment()方法时，会竞争类锁，从而保证共享变量counter的访问安全。

注意事项

在使用synchronized关键字时，需要注意以下几点：

1. 选择正确的锁：确保共享资源只能被一个线程访问，避免死锁问题。
2. 避免阻塞：synchronized会阻塞其他线程的访问，因此需要保证同步代码块的执行时间尽量短，避免影响程序的正常运行。
3. 减小同步粒度：对于某些只读操作，不需要对整个方法或类进行同步，可以使用volatile关键字或Atomic类来保证数据一致性。

总结

本文介绍了synchronized关键字的使用方法和工作原理，以及一些使用synchronized的注意事项。通过synchronized关键字，我们可以确保Java多线程程序的安全性，并保证共享资源的访问正确性。