Java 的线程安全机制之`synchronized`

前言：首先，线程表示一条单独的执行流，每个线程有自己的执行计数器，有自己的栈，但可以共享内存，共享内存是实现线程协作的基础，但共享内存有两个问题，竞态条件和内存可见性。解决这些问题可能需要的知识储备：synchronized、显式锁、volatile、原子变量和CAS、写时复制、ThreadLocal等。

• 本篇主要介绍synchronized。

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作者简介：作为某云服务提供商的后端开发人员，我将在这里与大家简要分享一些实用的开发小技巧。在我的职业生涯中积累了丰富的经验，希望能通过这个博客与大家交流、学习和成长。技术栈：Java、PHP、Python、Vue、React

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本文收录于三木的 「Java探索者之路」系列专栏，这个专栏旨在引领Java开发者踏上一段真正探索Java世界的旅程。我们将深入探讨Java编程的方方面面，从基础知识到高级技巧，从实践案例到最新趋势，帮助你成为一名卓越的Java探索者。如果有想进入Java后端领域工作的同学，这个专栏会对你有所帮助，欢迎关注起来呀
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什么是 synchronized

synchronized 是 Java 中用于实现线程同步的关键字。它可以应用于方法或代码块，并确保在同一时间只有一个线程可以访问被 synchronized 修饰的代码区域。通过在关键代码段中使用 synchronized，可以有效地保护共享资源，避免多个线程同时访问导致的数据不一致或竞态条件。

为什么使用 synchronized

在多线程环境中，共享数据的并发访问可能导致数据的不一致性和线程安全问题。synchronized 提供了互斥访问的机制，确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。通过使用 synchronized，可以保证线程安全性，避免竞态条件和数据冲突，提高程序的可靠性和稳定性。

怎么用？

Synchronized 可以通过两种方式使用：修饰方法和修饰代码块。

方法级别

方法级别的 synchronized：可以使用 synchronized 修饰整个方法，将方法声明为 synchronized，这样在调用该方法时，会自动获取对象级别的锁（即当前对象实例的锁）。这样可以确保同一时间只有一个线程可以执行该方法，保证方法的原子性和线程安全性。

• 实例方法

public class SynchronizedExample {
    public synchronized void synchronizedMethod() {
        // 同步的方法代码块
    }
}

• 静态方法

public class SynTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread thread = new Thread(() -> {
                try {
                    hello();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            });
            thread.start();
        }

        Thread.sleep(10000L);
        System.out.println("main exit");
    }

    private synchronized static void hello() throws InterruptedException {
        long id = Thread.currentThread().getId();
        System.out.println("threadId = "+id);
        Thread.sleep(1000L);
        System.out.println("threadId = "+id+"end");
    }

}

代码块级别

代码块级别的 synchronized：可以使用 synchronized 修饰代码块，通过指定锁对象来实现同步。**锁对象可以是任意对象，但最好选择共享资源所属的对象作为锁对象，以避免不必要的锁竞争。**通过在代码块前加上 synchronized 关键字，并指定锁对象，可以确保同一时间只有一个线程可以执行该代码块。

• 锁实例方法

public class SynchronizedExample {
    private final Object lock = new Object();

    public void synchronizedBlock() {
        synchronized (lock) {
            // 同步的代码块
        }
    }
}

• 锁静态方法

public class SynTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread thread = new Thread(() -> {
                try {
                    hello1();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            });
            thread.start();
        }

        Thread.sleep(10000L);
        System.out.println("main exit");
    }

    private static void hello1() throws InterruptedException {
        synchronized (Lock.class) {
            long id = Thread.currentThread().getId();
            System.out.println("threadId = "+id);
            Thread.sleep(1000L);
            System.out.println("threadId = "+id+"end");
        }

    }
    class Lock{}
}

总结

使用 synchronized 时需要注意以下几点：

• 选择合适的锁对象：应该选择共享资源所属的对象作为锁对象，避免不必要的锁竞争。
• 尽量缩小同步范围：只在必要的代码区域使用 synchronized，以减少同步开销，提高并发性能。
• 避免死锁：确保线程在获取锁的过程中不会出现循环等待的情况，以避免死锁的发生。
• 性能问题：synchronized 的过度使用可能导致性能问题，应根据具体场景和需求进行权衡和优化。