深度理解 Java synchronized —— 从原理到实战
文章目录
- 一、synchronized 的作用
- `synchronized` 解决两个问题：
- 二、synchronized 的三种使用方式
- ✔ 1. 修饰实例方法（锁 —— 当前对象 this）
- ✔2. 修饰静态方法（锁 —— 当前类的 Class 对象）
- ✔3. 修饰代码块（锁 —— 任意对象）
- 三、synchronized 的底层原理（Monitor 机制）
- ✔1. synchronized 基于对象监视器（Monitor）实现
- 四、锁的升级过程（JDK 6 后重要优化）
- 五、可见性是如何保证的？
- 六、synchronized 与 Reentrant（可重入性）
- 七、synchronized 与 volatile 的区别（面试高频）
- 八、synchronized 的优缺点
- 九、synchronized VS Lock（面试必考）
- 十、实战
一、synchronized 的作用
synchronized是 Java 提供的最基础、最核心的线程同步机制，用来保证多线程环境下的互斥访问和可见性。
虽然简单易用，但其背后的锁原理（Monitor）、对象头（Mark Word）、锁升级（偏向锁→轻量级锁→重量级锁）等概念极其重要，也是面试高频考点。
synchronized解决两个问题：
- 互斥性（Mutual Exclusion）
保证同一时刻只有一个线程可以执行临界区代码。 - 可见性（Visibility）
保证释放锁前对共享变量的修改对下一个获得锁的线程可见（类似 volatile 的效果）。
二、synchronized 的三种使用方式
✔ 1. 修饰实例方法（锁 —— 当前对象 this）
publicsynchronizedvoidtest(){// 临界区}等价于：
publicvoidtest(){synchronized(this){// 临界区}}特点：
- 作用于：同一个对象实例
- 多个线程访问不同对象时不会互斥
✔2. 修饰静态方法（锁 —— 当前类的 Class 对象）
publicstaticsynchronizedvoidtest(){// 临界区}等价于：
synchronized(MyClass.class){// 临界区}特点：
- 锁住的是类对象，所有实例共享一把锁
✔3. 修饰代码块（锁 —— 任意对象）
Objectlock=newObject();synchronized(lock){// 临界区}特点：
- 最灵活
- 推荐在实际开发中优先使用
- 可以对任何对象加锁（Object、String 等）
三、synchronized 的底层原理（Monitor 机制）
✔1. synchronized 基于对象监视器（Monitor）实现
Java 中，每一个对象都可以作为锁，因为：
- 每个对象在 JVM 中都有一个对象头（Object Header）
- 对象头中包含锁状态（Mark Word）
- synchronized 通过 Monitor（监视器锁）实现互斥
四、锁的升级过程（JDK 6 后重要优化）
Java 的锁不是一开始就用重量级锁，而是逐步升级，以提升性能。
| 锁类型 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 无锁 | 无竞争 | 单线程 |
| 偏向锁 | 无需 CAS，完全无竞争 | 同一线程反复进入 |
| 轻量级锁 | 使用 CAS，自旋 | 少量竞争 |
| 重量级锁 | 阻塞/唤醒，最慢 | 竞争激烈 |
⚠️注意事项：
- 锁只能从低级到高级升级
- 不会降级（重要）
五、可见性是如何保证的？
当一个线程释放锁时，JVM 会做两件事：
- 把工作内存的变量刷新到主内存（释放锁 → 写回）
- 获得锁的线程会从主内存重新读取变量
因此保证：
- 前一个线程修改的数据对后一个线程可见
六、synchronized 与 Reentrant（可重入性）
synchronized是可重入锁：
同一线程可以多次获得同一把锁不会死锁。
publicsynchronizedvoida(){b();// 可以再次获得同一把锁}publicsynchronizedvoidb(){// ...}七、synchronized 与 volatile 的区别（面试高频）
| 对比 | synchronized | volatile |
|---|---|---|
| 可见性 | ✔有 | ✔有 |
| 原子性 | ✔有（加锁） | ❌没有 |
| 是否阻塞 | ✔会阻塞 | ❌不阻塞 |
| 用途 | 多个操作的原子性 | 单变量读写 |
| 底层 | Monitor、锁升级 | 内存屏障、禁止指令重排 |
volatile 解决可见性，synchronized 解决原子性 + 可见性。
八、synchronized 的优缺点
✔优点
- 语法简单
- JVM 层面保证，没有死锁风险（可重入）
- 经过大量优化（锁消除、偏向锁）性能已大幅提升
✔缺点
- 粒度不够灵活（无条件等待）
- 性能比 Lock 略弱（尤其在高并发中）
- 无法进行尝试锁 / 中断锁 / 超时锁 等操作
九、synchronized VS Lock（面试必考）
| 特性 | synchronized | Lock |
|---|---|---|
| 锁的释放 | 自动释放 | 必须 unlock() |
| 可中断 | ❌ | ✔ |
| 可尝试 | ❌ | ✔(tryLock） |
| 公平锁 | ❌ | ✔ |
| 条件队列 | ❌ | ✔（Condition） |
| 性能 | 被优化后差别不大 | 更灵活，高并发优势明显 |
十、实战
建议 1：优先使用 synchronized（JDK 8 性能已非常好）
建议 2：优先锁代码块，而不是锁整个方法
建议 3：锁对象要私有，避免被外部使用
privatefinalObjectlock=newObject();建议 4：避免锁住字符串常量（共享跨 ClassLoader）
synchronized("LOCK"){}// ❌ 千万不要这样写参考资料
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