Java 關鍵字：synchronized詳解

synchronized詳解

基本使用
源碼解析
常見面試題
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基本使用

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Java中的synchronized關鍵字用于在多線程環境下確保數據同步。它可以用來修飾方法和代碼塊
當一個線程訪問一個對象的synchronized方法或代碼塊時，其他線程將無法訪問該對象的其他synchronized方法或代碼塊。這樣可以確保在同一時間只有一個線程能夠執行該代碼塊或方法，避免了多線程環境下的數據不一致問題，例如：

public class SynchronizedExample {private int count = 0;public synchronized void increment() {count++;}
}

在上面的代碼中，increment()方法是一個synchronized方法。當多個線程訪問這個方法時，只有一個線程能夠執行該方法的代碼，其他線程將被阻塞。
synchronized關鍵字也可以用來修飾代碼塊，如：

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

在上面的代碼中，synchronized關鍵字修飾的是一個代碼塊，并且鎖對象是當前對象(this)
注意：synchronized關鍵字會導致線程上下文切換和資源競爭，所以在使用時要注意性能問題

源碼解析

底層實現是通過 Java 虛擬機（JVM）的對象頭和監視器鎖機制實現的

具體來說，當一個線程訪問一個對象的 synchronized 方法或代碼塊時，它會試圖獲取該對象的監視器鎖。如果該鎖未被其他線程占用，該線程將獲得該鎖并執行代碼；如果該鎖被其他線程占用，該線程將進入阻塞狀態，等待獲取該鎖

synchronized 是Java中用于實現同步的關鍵字，它在底層通過監視器鎖（Monitor）來實現。下面是synchronized的源碼解析：

在Java中，每個對象都有一個與之關聯的監視器鎖，也稱為內置鎖或對象鎖。當線程進入一個synchronized方法或代碼塊時，它會嘗試獲取該對象的監視器鎖。如果鎖沒有被其他線程占用，則該線程獲得鎖并開始執行代碼；如果鎖已經被其他線程占用，則該線程將被阻塞，直到鎖被釋放。

在Java虛擬機中，每個對象頭中都包含一部分用于實現synchronized的相關信息。這些信息包括：

mark word：用于存儲對象的標記信息，包括鎖的狀態。
Klass pointer：指向對象的類元數據，包括synchronized的相關信息。
monitor：與對象關聯的監視器，它記錄了當前占用鎖的線程、等待鎖的線程隊列等。

當一個線程嘗試獲取一個對象的鎖時，虛擬機會檢查對象頭中的標記信息。如果對象的鎖狀態為無鎖狀態，即未被其他線程占用，則該線程可以獲取鎖，并將標記信息設置為鎖定狀態。如果對象的鎖狀態為已鎖定，并且當前線程是鎖的所有者，則該線程可以繼續執行代碼。如果對象的鎖狀態為已鎖定，并且當前線程不是鎖的所有者，則該線程將被放入等待隊列中，進入阻塞狀態。

當持有鎖的線程執行完synchronized方法或代碼塊后，它會釋放鎖，即將對象頭中的鎖狀態置為無鎖狀態，并喚醒等待隊列中的一個線程，使其獲取鎖并繼續執行。

需要注意的是，synchronized關鍵字可以修飾方法和代碼塊。在方法上修飾的synchronized表示對整個方法進行同步，而在代碼塊上修飾的synchronized表示對該代碼塊進行同步，使用的鎖對象通常是方法所屬對象或指定的對象。

總結起來，通過監視器鎖的機制，Java的synchronized能夠保證同一時刻只有一個線程訪問同步代碼塊或方法，避免了多線程的數據競爭和并發問題。

這里給出一份簡化的 synchronized 關鍵字的源碼：

public void synchronized method() {// 加鎖Monitor.enter(this);try {// 同步代碼塊} finally {// 釋放鎖Monitor.exit(this);}
}

在這份代碼中，方法通過調用 Monitor.enter 方法獲取當前對象的監視器鎖，并在 finally 塊中調用 Monitor.exit 方法釋放該鎖。因此，在 synchronized 方法內部的代碼可以保證在任意時刻只有一個線程可以訪問

常見面試題

synchronized 方法和 synchronized 塊的區別是什么？
作用范圍：synchronized 方法將整個方法體作為同步區塊，而 synchronized 塊可以將任意代碼塊作為同步區塊
鎖的對象：synchronized 方法鎖定的是整個對象，而 synchronized 塊鎖定的是在括號內指定的對象
可控性：synchronized 方法的同步粒度比較大，不夠靈活；而 synchronized 塊可以更靈活地控制同步代碼塊的大小
綜上所述，在確定同步粒度時，通常使用 synchronized 塊比使用 synchronized 方法更靈活，但是如果整個方法都需要同步，使用 synchronized 方法會更加簡單易懂
什么情況下可以使用 synchronized 關鍵字？
synchronized 關鍵字可以用于在多線程環境下保證方法或代碼塊的原子性。具體來說，如果一個線程正在執行同步方法或代碼塊，則其他線程將無法訪問該方法或代碼塊
常見情況包括：
當多個線程訪問共享資源時，可以使用 synchronized 關鍵字保證線程的安全
在訪問共享變量時，需要對其進行同步控制
在線程通信中，可以使用 synchronized 關鍵字保證線程之間的同步通信
synchronized 關鍵字的性能開銷如何？
synchronized 關鍵字的使用會帶來一些性能開銷，因為它需要在多個線程之間進行同步。當線程訪問同步代碼塊時，它必須獲得鎖，這會增加額外的開銷。如果同步代碼塊執行時間過長，其他線程將一直等待，進而降低程序的性能。
因此，應該盡量避免在高并發情況下使用 synchronized，或者使用其他的并發控制機制，如 java.util.concurrent 包中的鎖和原子操作類等。
synchronized 關鍵字如何實現可重入？
“可重入” 指的是同一線程可以多次獲取同一個鎖。例如，當線程 A 進入一個同步塊時，如果它再次試圖進入該塊，則可以再次獲取鎖，而不會發生死鎖
在 Java 中，synchronized 關鍵字可以實現可重入，原因如下：
synchronized 關鍵字使用對象監視器鎖來實現同步。
對象監視器鎖是基于線程的，并且每個線程有一個獨立的計數器，用于跟蹤它在當前對象上獲取的鎖的數量。
當線程試圖獲取鎖時，如果它已經擁有該鎖，則計數器將遞增。
當線程退出同步塊時，計數器將遞減。
只有當計數器為零時，該線程才會釋放鎖。
因此，如果一個線程在同一對象上多次進入同步塊，它將多次獲得該鎖，并在退出該塊時多次釋放該鎖。因此，synchronized 關鍵字是可重入的。

synchronized 關鍵字與 lock 機制的比較？
synchronized 關鍵字和 Lock 機制都是用來保證線程同步的方法。但是它們有一些明顯的差異：

靈活性：Lock 機制比 synchronized 關鍵字更靈活，因為它提供了更多的鎖定操作，例如可以實現公平鎖和非公平鎖，還可以實現讀寫鎖。
可中斷性：Lock 機制可以中斷一個線程的等待，而 synchronized 關鍵字不能。
可重入性：synchronized 關鍵字是自動可重入的，而 Lock 機制必須手動實現。
性能：如果比較的是相同的鎖定操作，synchronized 關鍵字通常比 Lock 機制更快，因為它是內置的。
總體而言，在簡單的同步情況下，synchronized 關鍵字更方便，但是在需要更多靈活性的情況下，Lock 機制可能是一個更好的選擇。

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內容簡介

《深入理解Java高并發編程》致力于介紹Java高并發編程方面的知識。由于多線程處理涉及的知識內容十分豐富，因此介紹時必須從Java層面的講解一直深入到底層的知識講解。為了幫助讀者輕松閱讀本書并掌握其中知識，本書做了大量基礎知識的鋪墊。在第1篇基礎知識儲備中，主要介紹計算機原理、并發基礎、常見語言的線程實現、Java并發入門、JUC之Java線程池、JUC之同步結構、Java NIO詳解等內容。在第2篇深入Java并發原理中，詳細介紹了JUC包中所有使用的原子類的原理與源碼實現；非常關鍵且容易出錯的volatile關鍵字的原理，從Java、JVM、C、匯編、CPU層面對其進行詳細講解；synchronized在JVM中獲取鎖和釋放鎖的流程；JUC包的核心結構——AQS的原理與源碼實現，通過逐方法、逐行的解釋，幫助讀者徹底掌握AQS中提供的獲取鎖、釋放鎖、條件變量等操作的實現與原理。最后，詳細介紹了JVM中JNI的實現原理，將Java Thread對象中的所有方法在JVM層面的實現流程進行了詳細描述，以幫助讀者在使用這些方法時，知道底層發生了什么，以及發生異常時如何從容解決問題。