Synchronized

1. Synchronized 关键字的作用

synchronized 是 Java 中的关键字，用于实现线程的同步，确保多个线程之间对共享资源的安全访问。它可以被用于方法、代码块以及静态方法上。

• 在方法上使用： 锁定整个方法，确保同一时间只有一个线程可以执行该方法。

  public synchronized void synchronizedMethod() {
      // 同步的方法体
  }
  

• 在代码块上使用： 锁定指定的对象，只有获得该对象的锁的线程才能执行该代码块。

  public void someMethod() {
      // 非同步代码
  
      synchronized (lockObject) {
          // 同步代码块
      }
  
      // 非同步代码
  }
  

2. Synchronized 原理

synchronized 关键字的原理涉及到对象头中的锁标志位（Lock Flag）和互斥量（Mutex）。

• 获取锁： 当线程尝试进入一个使用 synchronized 修饰的方法或代码块时，它会尝试获取对象的锁。

• 锁标志位： 对象头中有一个锁标志位，初始值为无锁状态。当线程成功获取锁时，锁标志位变为锁定状态。

• 互斥量： 如果锁已经被其他线程持有，当前线程会进入阻塞状态。此时，JVM 会使用互斥量来协调线程的访问。

3. 锁优化

a. 轻量级锁

JDK 1.6引入了轻量级锁，旨在减少传统的重量级锁的性能开销。在没有竞争的情况下，JVM 会尝试使用轻量级锁来提高性能。轻量级锁采用CAS（Compare and Swap）操作来尝试获取锁，避免了传统锁的互斥操作。

public class LightweightLockExample {
    private int sharedResource = 0;

    public void synchronizedMethod() {
        synchronized (this) {
            // 同步代码块
            sharedResource++;
        }
    }
}

b. 偏向锁

JDK 1.6还引入了偏向锁，该锁假设在大多数情况下，锁总是由同一线程多次获得。因此，当一个线程获得锁时，会标记对象头，并在以后尝试获取锁时，不再使用互斥，直接进入临界区。，避免了对锁的互斥操作，提高了单线程访问的性能。

public class BiasedLockExample {
    private int sharedResource = 0;

    public synchronized void synchronizedMethod() {
        // 同步代码块
        sharedResource++;
    }
}

c. 无锁优化

针对一些高度竞争的情况，JDK 1.8 引入了无锁优化。通过一些乐观锁的机制，避免了对锁的争用。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class NoLockOptimizationExample {
    private AtomicInteger sharedResource = new AtomicInteger(0);

    public void nonBlockingMethod() {
        // 非阻塞代码
        sharedResource.incrementAndGet();
    }
}

总结

synchronized 关键字在Java中起到了关键的同步作用，确保多线程访问共享资源的安全性。