Java 关键字：synchronized详解

基本使用

Java中的synchronized关键字用于在多线程环境下确保数据同步。它可以用来修饰方法和代码块
当一个线程访问一个对象的synchronized方法或代码块时，其他线程将无法访问该对象的其他synchronized方法或代码块。这样可以确保在同一时间只有一个线程能够执行该代码块或方法，避免了多线程环境下的数据不一致问题，例如：

public class SynchronizedExample {
    private int count = 0;
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
}
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在上面的代码中，increment()方法是一个synchronized方法。当多个线程访问这个方法时，只有一个线程能够执行该方法的代码，其他线程将被阻塞。
synchronized关键字也可以用来修饰代码块，如：

public void increment() {
    synchronized(this) {
        count++;
    }
}
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在上面的代码中，synchronized关键字修饰的是一个代码块，并且锁对象是当前对象(this)
注意：synchronized关键字会导致线程上下文切换和资源竞争，所以在使用时要注意性能问题

源码解析

底层实现是通过 Java 虚拟机（JVM）的对象头和监视器锁机制实现的

具体来说，当一个线程访问一个对象的 synchronized 方法或代码块时，它会试图获取该对象的监视器锁。如果该锁未被其他线程占用，该线程将获得该锁并执行代码；如果该锁被其他线程占用，该线程将进入阻塞状态，等待获取该锁

synchronized 是Java中用于实现同步的关键字，它在底层通过监视器锁（Monitor）来实现。下面是synchronized的源码解析：

在Java中，每个对象都有一个与之关联的监视器锁，也称为内置锁或对象锁。当线程进入一个synchronized方法或代码块时，它会尝试获取该对象的监视器锁。如果锁没有被其他线程占用，则该线程获得锁并开始执行代码；如果锁已经被其他线程占用，则该线程将被阻塞，直到锁被释放。

在Java虚拟机中，每个对象头中都包含一部分用于实现synchronized的相关信息。这些信息包括：

• mark word：用于存储对象的标记信息，包括锁的状态。
• Klass pointer：指向对象的类元数据，包括synchronized的相关信息。
• monitor：与对象关联的监视器，它记录了当前占用锁的线程、等待锁的线程队列等。

当一个线程尝试获取一个对象的锁时，虚拟机会检查对象头中的标记信息。如果对象的锁状态为无锁状态，即未被其他线程占用，则该线程可以获取锁，并将标记信息设置为锁定状态。如果对象的锁状态为已锁定，并且当前线程是锁的所有者，则该线程可以继续执行代码。如果对象的锁状态为已锁定，并且当前线程不是锁的所有者，则该线程将被放入等待队列中，进入阻塞状态。

当持有锁的线程执行完synchronized方法或代码块后，它会释放锁，即将对象头中的锁状态置为无锁状态，并唤醒等待队列中的一个线程，使其获取锁并继续执行。

需要注意的是，synchronized关键字可以修饰方法和代码块。在方法上修饰的synchronized表示对整个方法进行同步，而在代码块上修饰的synchronized表示对该代码块进行同步，使用的锁对象通常是方法所属对象或指定的对象。

总结起来，通过监视器锁的机制，Java的synchronized能够保证同一时刻只有一个线程访问同步代码块或方法，避免了多线程的数据竞争和并发问题。

这里给出一份简化的 synchronized 关键字的源码：

public void synchronized method() {
    // 加锁
    Monitor.enter(this);
    try {
        // 同步代码块
    } finally {
        // 释放锁
        Monitor.exit(this);
    }
}
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在这份代码中，方法通过调用 Monitor.enter 方法获取当前对象的监视器锁，并在 finally 块中调用 Monitor.exit 方法释放该锁。因此，在 synchronized 方法内部的代码可以保证在任意时刻只有一个线程可以访问

常见面试题

• synchronized 方法和 synchronized 块的区别是什么？
  作用范围：synchronized 方法将整个方法体作为同步区块，而 synchronized 块可以将任意代码块作为同步区块
  锁的对象：synchronized 方法锁定的是整个对象，而 synchronized 块锁定的是在括号内指定的对象
  可控性：synchronized 方法的同步粒度比较大，不够灵活；而 synchronized 块可以更灵活地控制同步代码块的大小
  综上所述，在确定同步粒度时，通常使用 synchronized 块比使用 synchronized 方法更灵活，但是如果整个方法都需要同步，使用 synchronized 方法会更加简单易懂
• 什么情况下可以使用 synchronized 关键字？
  synchronized 关键字可以用于在多线程环境下保证方法或代码块的原子性。具体来说，如果一个线程正在执行同步方法或代码块，则其他线程将无法访问该方法或代码块
  常见情况包括：
  当多个线程访问共享资源时，可以使用 synchronized 关键字保证线程的安全
  在访问共享变量时，需要对其进行同步控制
• 在线程通信中，可以使用 synchronized 关键字保证线程之间的同步通信
  synchronized 关键字的性能开销如何？
  synchronized 关键字的使用会带来一些性能开销，因为它需要在多个线程之间进行同步。当线程访问同步代码块时，它必须获得锁，这会增加额外的开销。如果同步代码块执行时间过长，其他线程将一直等待，进而降低程序的性能。
  因此，应该尽量避免在高并发情况下使用 synchronized，或者使用其他的并发控制机制，如 java.util.concurrent 包中的锁和原子操作类等。
• synchronized 关键字如何实现可重入？
  “可重入” 指的是同一线程可以多次获取同一个锁。例如，当线程 A 进入一个同步块时，如果它再次试图进入该块，则可以再次获取锁，而不会发生死锁
  在 Java 中，synchronized 关键字可以实现可重入，原因如下：
  synchronized 关键字使用对象监视器锁来实现同步。
  对象监视器锁是基于线程的，并且每个线程有一个独立的计数器，用于跟踪它在当前对象上获取的锁的数量。
  当线程试图获取锁时，如果它已经拥有该锁，则计数器将递增。
  当线程退出同步块时，计数器将递减。
  只有当计数器为零时，该线程才会释放锁。
  因此，如果一个线程在同一对象上多次进入同步块，它将多次获得该锁，并在退出该块时多次释放该锁。因此，synchronized 关键字是可重入的。

• synchronized 关键字与 lock 机制的比较？
  synchronized 关键字和 Lock 机制都是用来保证线程同步的方法。但是它们有一些明显的差异：

灵活性：Lock 机制比 synchronized 关键字更灵活，因为它提供了更多的锁定操作，例如可以实现公平锁和非公平锁，还可以实现读写锁。
可中断性：Lock 机制可以中断一个线程的等待，而 synchronized 关键字不能。
可重入性：synchronized 关键字是自动可重入的，而 Lock 机制必须手动实现。
性能：如果比较的是相同的锁定操作，synchronized 关键字通常比 Lock 机制更快，因为它是内置的。
总体而言，在简单的同步情况下，synchronized 关键字更方便，但是在需要更多灵活性的情况下，Lock 机制可能是一个更好的选择。

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• 作者简介

黄俊，专注于研究Java语言， Hotspot， Linux内核，C语言与汇编，架构设计，多线程并发处理，专注于研究高效学习方式。曾就职于美团、阿里，前新东方业务架构师。