正文

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前言

• 在 Java 中，有一个常被忽略 但 非常重要的关键字 Synchronized
• 今天，我将详细讲解 Java 关键字 Synchronized 的所有知识，希望你们会喜欢

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目录

示意图

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1. 定义

Java 中的1个关键字

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2. 作用

保证同一时刻最多只有1个线程执行 被 Synchronized 修饰的方法 / 代码

其他线程 必须等待当前线程执行完该方法 / 代码块后才能执行该方法 / 代码块

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3. 应用场景

保证线程安全，解决多线程中的并发同步问题（实现的是阻塞型并发） ，具体场景如下：

1. 修饰 实例方法 / 代码块时，（同步）保护的是同一个对象方法的调用 & 当前实例对象
2. 修饰 静态方法 / 代码块时，（同步）保护的是 静态方法的调用 & class 类对象

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4. 原理

1. 依赖 JVM 实现同步
2. 底层通过一个监视器对象 （monitor） 完成， wait（） 、 notify（） 等方法也依赖于 monitor 对象

监视器锁（monitor）的本质 依赖于 底层操作系统的互斥锁（Mutex Lock）实现

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5. 具体使用

Synchronized 用于 修饰 代码块、类的实例方法 & 静态方法

5.1 使用规则

示意图

5.2 锁的类型 & 等级

• 由于 Synchronized 会修饰 代码块、类的实例方法 & 静态方法，故分为不同锁的类型
• 具体如下

示意图

• 之间的区别

示意图

5.3 使用方式

/**
 * 对象锁
 */
    public class Test{ 
    // 对象锁：形式1(方法锁) 
    public synchronized void Method1(){ 
        System.out.println("我是对象锁也是方法锁"); 
        try{ 
            Thread.sleep(500); 
        } catch (InterruptedException e){ 
            e.printStackTrace(); 
        } 
 
    } 
 
    // 对象锁：形式2（代码块形式） 
    public void Method2(){ 
        synchronized (this){ 
            System.out.println("我是对象锁"); 
            try{ 
                Thread.sleep(500); 
            } catch (InterruptedException e){ 
                e.printStackTrace(); 
            } 
        } 
 
    } 
 ｝

/**
 * 方法锁（即对象锁中的形式1）
 */
    public synchronized void Method1(){ 
        System.out.println("我是对象锁也是方法锁"); 
        try{ 
            Thread.sleep(500); 
        } catch (InterruptedException e){ 
            e.printStackTrace(); 
        } 
 
    } 

/**
 * 类锁
 */
public class Test{ 
　　 // 类锁：形式1 ：锁静态方法
    public static synchronized void Method1(){ 
        System.out.println("我是类锁一号"); 
        try{ 
            Thread.sleep(500); 
        } catch (InterruptedException e){ 
            e.printStackTrace(); 
        } 
 
    } 
 
    // 类锁：形式2 ：锁静态代码块
    public void Method2(){ 
        synchronized (Test.class){ 
            System.out.println("我是类锁二号"); 
            try{ 
                Thread.sleep(500); 
            } catch (InterruptedException e){ 
                e.printStackTrace(); 
            } 
 
        } 
 
    } 
｝

5.4 特别注意

Synchronized 修饰方法时存在缺陷：若修饰1个大的方法，将会大大影响效率

• 示例
  若使用 Synchronized 关键字修饰 线程类的 run() ，由于 run() 在线程的整个生命期内一直在运行，因此将导致它对本类任何 Synchronized 方法的调用都永远不会成功

• 解决方案
  使用 Synchronized 关键字声明代码块

该解决方案灵活性高：可针对任意代码块 & 任意指定上锁的对象

代码如下
  synchronized(syncObject) { 
    // 访问或修改被锁保护的共享状态 
    // 上述方法 必须 获得对象 syncObject（类实例或类）的锁
}

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6. 特点

示意图

注：原子性、可见性、有序性的定义

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7. 其他控制并发 / 线程同步方式

7.1 Lock、ReentrantLock

• 简介

示意图

• 区别

示意图

7.2 CAS

7.2.1 定义

Compare And Swap ，即 比较 并 交换，是一种解决并发操作的乐观锁

synchronized 锁住的代码块：同一时刻只能由一个线程访问，属于悲观锁

7.2.2 原理

// CAS的操作参数
内存位置（A）
预期原值（B）
预期新值（C）

// 使用CAS解决并发的原理：
// 1. 首先比较A、B，若相等，则更新A中的值为C、返回True；若不相等，则返回false；
// 2. 通过死循环，以不断尝试尝试更新的方式实现并发

// 伪代码如下
public boolean compareAndSwap(long memoryA, int oldB, int newC){
    if(memoryA.get() == oldB){
        memoryA.set(newC);
        return true;
    }
    return false;
}

7.2.3 优点

资源耗费少：相对于 synchronized ，省去了挂起线程、恢复线程的开销

但，若迟迟得不到更新，死循环对 CPU 资源也是一种浪费

7.2.4 具体实现方式

• 使用CAS有个“先检查后执行”的操作
• 而这种操作在Java中是典型的不安全的操作，所以 CAS 在实际中是 由 C++ 通过调用CPU指令实现的
• 具体过程

// 1. CAS在Java中的体现为Unsafe类
// 2. Unsafe类会通过C++直接获取到属性的内存地址
// 3. 接下来CAS由C++的Atomic::cmpxchg系列方法实现

7.2.5 典型应用： AtomicInteger

对 i++ 与 i--，通过 compareAndSet & 一个死循环实现

而 compareAndSet 函数内部 = 通过 jni 操作 CAS 指令。直到CAS操作成功跳出循环

   private volatile int value; 
    /** 
     * Gets the current value. 
     * 
     * @return the current value 
     */ 
    public final int get() { 
        return value; 
    } 
    /** 
     * Atomically increments by one the current value. 
     * 
     * @return the previous value 
     */ 
    public final int getAndIncrement() { 
        for (;;) { 
            int current = get(); 
            int next = current + 1; 
            if (compareAndSet(current, next)) 
                return current; 
        } 
    } 
 
    /** 
     * Atomically decrements by one the current value. 
     * 
     * @return the previous value 
     */ 
    public final int getAndDecrement() { 
        for (;;) { 
            int current = get(); 
            int next = current - 1; 
            if (compareAndSet(current, next)) 
                return current; 
        } 
    }

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8. 总结

• 本文主要对 Java 中常被忽略 但 非常重要的关键字 Synchronized 进行讲解

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