Java中Synchronized关键字的使用与原理详解

Java中的Synchronized关键字是用于控制多线程对共享资源访问的一种机制，它是实现线程安全的重要手段之一。下面将详细介绍Synchronized关键字在Java中的作用、用法以及其背后的原理。 ### 作用 1. **确保线程互斥访问同步代码**： 当多个线程需要访问同一段代码时，Synchronized可以确保在同一时间内只有一个线程能够执行这段代码，从而保证了线程的互斥性。这是通过锁机制实现的。 2. **保证共享变量的修改能够及时可见**： 在多线程环境中，如果没有适当的同步机制，线程对共享变量所做的修改可能不会立即对其他线程可见。Synchronized确保了每次修改共享变量后，其他线程都能看到最新的值。 3. **有效解决重排序问题**： 在没有同步的情况下，编译器、处理器以及运行时环境都可能对操作进行重排序，这可能会破坏数据的一致性。使用Synchronized可以避免这种情况，保证操作的有序性。 ### 用法 1. **修饰普通方法**： 当Synchronized修饰一个普通方法时，该方法成为同步方法，整个方法的执行过程将被锁定，同一时刻只能有一个线程进入该方法。 ```java public synchronized void synchronizedMethod() { // 方法体 } ``` 2. **修饰静态方法(类)**： 如果用Synchronized修饰静态方法，则锁定的是当前类的Class对象，这同样意味着同一时刻只有一个线程可以执行该静态方法。 ```java public static synchronized void synchronizedStaticMethod() { // 方法体 } ``` 3. **修饰代码块**： Synchronized还可以用来修饰代码块，可以指定一个具体的对象作为锁。相比同步方法，使用代码块可以更加精确地控制锁的范围。 ```java Object lock = new Object(); public void someMethod() { synchronized(lock) { // 代码块内容 } } ``` ### 原理 #### 同步代码块 1. **监视器锁（Monitor）**： Java中的每一个对象都可以用作一个实现同步的锁，称为监视器锁或Monitor。当Synchronized锁定一个对象时，实际上就是锁定了该对象的Monitor。 2. **Monitor的工作过程**： - 当monitor被占用时，它就处于锁定状态。 - 当线程执行monitorenter指令时，它试图获取monitor的所有权。如果monitor的进入数为0，表示没有线程拥有锁，该线程将成为monitor的所有者。 - 如果monitor的进入数不为0，那么拥有锁的线程每次重新进入monitor时，monitor的进入数会增加1。 - 如果其他线程已经占用了monitor，该线程将进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，即锁被释放，它才能重新尝试获取锁。 3. **monitor的释放**： 线程退出同步代码块时，会执行monitorexit指令，monitor的进入数减1。当进入数为0时，锁被释放，其他等待的线程可以尝试获取该锁。 ### 总结 Synchronized关键字是Java语言中实现线程安全的关键技术之一。它通过确保代码块或方法在同一时刻只能被一个线程访问来避免并发问题。无论是同步方法还是同步代码块，背后都是通过Monitor（监视器锁）来实现互斥访问的。理解Synchronized的工作原理对于编写可靠的多线程应用程序至关重要。在Java面试中，对Synchronized的深入理解也经常是考察的一个重点。