synchronized是Java中保证线程安全的基础机制，通过锁定对象控制多线程对共享资源的访问。它可修饰实例方法、静态方法或代码块，分别锁定当前实例、Class对象或指定对象，实现不同粒度的同步。修饰实例方法时，锁住this，同一实例的synchronized方法互斥；修饰静态方法时，锁住类的Class对象，所有实例共享该锁；使用synchronized(object)代码块可自定义锁对象，提升并发性能。相比ReentrantLock，synchronized语法简洁、自动释放锁、不易出错，且JVM已对其优化，适合大多数场景；而ReentrantLock提供公平锁、可中断、尝试获取锁等高级功能，适用于复杂并发需求。但synchronized存在性能开销，主要源于线程阻塞、上下文切换及锁升级，可通过缩小同步范围、使用并发工具类（如ConcurrentHashMap、Atomic类）或无锁编程来优化。总之，应根据实际需求权衡使用synchronized与ReentrantLock，在保证线程安全的同时兼顾性能。
Java中的
synchronized关键字，在我看来，是并发编程领域里一个既基础又极其重要的概念，它主要用来解决多线程环境下共享资源的访问冲突问题，确保数据的一致性和线程安全。简单来说，它就像一个“看门人”，在同一时刻只允许一个线程进入特定的代码区域（临界区），从而避免了竞态条件和数据损坏。
解决方案
synchronized关键字的使用主要有两种形式：修饰方法和修饰代码块。
1. 修饰实例方法
当
synchronized修饰一个非静态方法时，它锁定的是当前实例对象。这意味着，如果一个线程进入了某个对象的
synchronized实例方法，那么其他线程就无法访问该对象的任何
synchronized实例方法，直到前一个线程退出。
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public class Counter {
private int count = 0;
// 锁定当前Counter实例
public synchronized void increment() {
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " incremented to " + count);
}
public synchronized int getCount() {
return count;
}
// 这是一个非同步方法，可以被其他线程同时访问
public void doSomethingElse() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is doing something else.");
}
}在这个例子中，
increment和
getCount方法都加了
synchronized。当一个线程调用
c.increment()时，它会获取
c这个
Counter对象的锁。其他线程如果想调用
c.increment()或
c.getCount()，就必须等待。但它们可以同时调用
c.doSomethingElse()，因为那个方法没有同步。
2. 修饰静态方法
当
synchronized修饰一个静态方法时，它锁定的是当前类的Class对象。这意味着，无论创建了多少个该类的实例，在任何时刻，只有一个线程可以访问该类的任何
synchronized静态方法。
public class StaticCounter {
private static int staticCount = 0;
// 锁定StaticCounter.class对象
public static synchronized void staticIncrement() {
staticCount++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " static incremented to " + staticCount);
}
public static synchronized int getStaticCount() {
return staticCount;
}
}这里，
staticIncrement和
getStaticCount锁定的是
StaticCounter.class这个唯一的Class对象。
3. 修饰代码块
synchronized代码块允许我们更精细地控制锁的范围。它需要一个明确的锁对象。
public class BlockCounter {
private int count = 0;
private final Object lock = new Object(); // 专门用于同步的锁对象
public void increment() {
synchronized (lock) { // 锁定lock对象
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " block incremented to " + count);
}
}
public int getCount() {
synchronized (lock) {
return count;
}
}
// 也可以锁定this对象，效果与修饰实例方法类似
public void incrementWithThis() {
synchronized (this) { // 锁定当前BlockCounter实例
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " block with this incremented to " + count);
}
}
// 锁定Class对象，效果与修饰静态方法类似
public void incrementWithClass() {
synchronized (BlockCounter.class) { // 锁定BlockCounter.class对象
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " block with class incremented to " + count);
}
}
}使用代码块的好处是，我们可以将同步的范围限制在真正需要同步的代码上，而不是整个方法，这通常能提高并发性。选择哪个对象作为锁也很关键：
-
实例对象 (
this
或自定义对象): 保护实例的共享数据。 -
Class对象 (
ClassName.class
): 保护静态的共享数据。
synchronized
关键字可能带来的性能开销有哪些，以及如何规避？
使用
synchronized固然能保证线程安全，但它并非没有代价，尤其是在高并发场景下，性能问题往往会浮现。在我看来，这主要源于其阻塞机制和JVM对锁的维护。
首先，最直接的开销就是线程阻塞和上下文切换。当一个线程试图获取已经被其他线程持有的
synchronized锁时，它会被阻塞，并可能进入等待状态。JVM需要将该线程挂起，并在锁释放后唤醒它。这一系列的调度操作，包括线程状态的切换、CPU寄存器内容的保存和恢复，都是有时间成本的。如果锁竞争激烈，这种开销会显著增加。
其次，锁的膨胀和升级也是性能开销的一部分。JVM为了优化
synchronized，引入了偏向锁、轻量级锁和重量级锁。在低竞争或无竞争时，锁的开销很小（偏向锁、轻量级锁）；但一旦出现竞争，锁就会升级为重量级锁，这涉及到操作系统级别的互斥量（mutex），其开销相对较大。虽然JVM会自动处理这些，但频繁的锁升级和降级本身也会消耗资源。
那么，如何规避这些性能问题呢？
-
缩小同步代码块的范围（Fine-Grained Locking）：这是最常用也最有效的策略。只对真正需要保护的共享资源进行同步，而不是整个方法。例如，如果一个方法中只有几行代码涉及到共享变量，就只同步这几行，而不是整个方法。这能最大程度地减少锁持有的时间，从而降低线程阻塞的概率。
// 不推荐：整个方法都同步，即使大部分代码不涉及共享资源 public synchronized void processData() { // 大量不涉及共享资源的代码... sharedResource.update(); // 只有这一行需要同步 // 大量不涉及共享资源的代码... } // 推荐：只同步必要的部分 public void processDataOptimized() { // 大量不涉及共享资源的代码... synchronized (sharedResourceLock) { sharedResource.update(); } // 大量不涉及共享资源的代码... } -
使用
java.util.concurrent
包下的并发工具：Java并发包提供了比synchronized
更灵活、更细粒度的并发控制工具，例如ReentrantLock
、ReadWriteLock
、Semaphore
、ConcurrentHashMap
等。ReentrantLock
：在某些高并发场景下，其性能可能优于synchronized
，因为它提供了更丰富的特性，如公平锁、尝试获取锁、可中断锁等。ReadWriteLock
：允许多个读线程同时访问共享资源，但写线程是独占的。这对于读多写少的场景能显著提升性能。ConcurrentHashMap
：它内部通过分段锁机制，允许对Map的不同部分进行并发修改，而不是锁定整个Map，极大地提高了并发度。
避免不必要的同步：有时候，我们可能会过度同步。在确保线程安全的前提下，检查是否所有
synchronized
都是必需的。例如，如果一个变量只在一个线程中被修改，或者它的值是不可变的，那么就无需同步。无锁编程（Lock-Free Programming）：对于一些特定的场景，可以考虑使用
Atomic
类（如AtomicInteger
、AtomicLong
）进行无锁操作。它们底层利用了CAS（Compare-And-Swap）指令，通过硬件支持实现原子性操作，避免了锁的开销。但这通常更复杂，需要更深入的理解。
总的来说，
synchronized是一个可靠的工具，但它并非万能药。在追求高性能的并发应用中，我们需要对其潜在的开销保持警惕，并根据具体情况选择最合适的同步策略。
理解 synchronized
在不同锁定范围（方法、代码块）下的行为差异与适用场景？
理解
synchronized在不同锁定范围下的行为差异，是掌握其精髓的关键。这不仅仅是语法上的区别，更关乎到你如何设计并发程序，以及如何平衡线程安全与并发性能。在我看来，这里面蕴含着对“锁粒度”的考量。
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1. 修饰实例方法 (public synchronized void methodA()
) 或 synchronized(this)
代码块
-
锁定对象： 当前实例对象（
this
）。 -
行为： 当一个线程访问某个实例的
synchronized
实例方法或synchronized(this)
代码块时，它会获取该实例的锁。此时，该实例的其他synchronized
实例方法或synchronized(this)
代码块都无法被其他线程访问。 -
并发性： 不同的实例对象之间互不影响，可以并发执行其
synchronized
方法。但同一个实例内部，所有synchronized
方法是互斥的。 -
适用场景：
- 保护实例特有的共享数据。例如，一个
Account
对象的余额，每个Account
实例有自己的余额，不同账户之间的操作是独立的。 - 当一个方法中的大部分操作都涉及到实例的共享状态时，修饰整个方法可能更简洁。
- 保护实例特有的共享数据。例如，一个
2. 修饰静态方法 (public static synchronized void staticMethodA()
) 或 synchronized(ClassName.class)
代码块
- 锁定对象： 当前类的Class对象。
-
行为： 无论创建了多少个该类的实例，甚至没有创建实例，只要有线程访问该类的
synchronized
静态方法或synchronized(ClassName.class)
代码块，它就会获取该类的Class对象的锁。此时，该类的所有synchronized
静态方法或synchronized(ClassName.class)
代码块都无法被其他线程访问。 -
并发性： 任何线程在任何实例上，都无法同时访问该类的任何
synchronized
静态方法。这是一种全局锁的性质。 -
适用场景：
- 保护静态的共享数据。例如，一个全局计数器，所有实例共享同一个计数器变量。
- 实现单例模式中的懒汉式加载，确保
getInstance()
方法在多线程环境下只创建一次实例。
3. synchronized(object)
代码块（锁定自定义对象）
锁定对象： 指定的任意对象
object
。行为： 线程获取的是
object
的锁。其他线程如果想获取同一个object
的锁，就必须等待。并发性： 这种方式提供了最大的灵活性。你可以根据需要创建多个锁对象，每个锁对象只保护它所关联的那部分共享资源。这样，不相关的共享资源可以独立地被并发访问，从而提高整体并发度。
-
适用场景：
-
细粒度锁定： 当一个类中有多个独立的共享资源，且它们之间没有关联时，可以为每个资源创建独立的锁对象，实现更细粒度的控制，避免不必要的阻塞。
public class DataProcessor { private ListlistA = new ArrayList<>(); private List listB = new ArrayList<>(); private final Object lockA = new Object(); private final Object lockB = new Object(); public void addToListA(String item) { synchronized (lockA) { // 只锁定listA listA.add(item); } } public void addToListB(String item) { synchronized (lockB) { // 只锁定listB listB.add(item); } } } 在这个例子中，
addToListA
和addToListB
可以同时被不同的线程调用，因为它们锁定了不同的对象。 当需要同步的代码块不属于当前对象，或者需要跨越多个对象进行同步时。
避免将锁暴露给外部，使用
private final
的锁对象是一种良好的实践。
-
选择哪种锁定方式，关键在于你想要保护什么，以及希望达到怎样的并发程度。锁定实例方法或
this通常用于保护对象自身的完整性，而锁定Class对象则用于保护类的静态状态。最灵活的
synchronized(object)代码块则允许你根据实际情况，精确地控制锁的粒度，从而在线程安全和并发性能之间找到最佳平衡点。
synchronized
与 java.util.concurrent.locks.ReentrantLock
在功能和灵活性上的权衡考量。
在Java并发编程中，
synchronized和
ReentrantLock都是实现互斥同步的重要手段。它们都能确保在同一时间只有一个线程访问临界区，防止数据不一致。然而，在实际应用中，我们常常需要权衡它们的优缺点，根据具体需求做出选择。在我看来，这两种锁机制各有千秋，并没有绝对的优劣之分。
synchronized
的特点：
-
内置性与简洁性：
synchronized
是Java语言的关键字，由JVM隐式管理锁的获取和释放。它的语法相对简单，不需要手动创建锁对象，也不需要显式地调用lock()
和unlock()
方法。这减少了程序员出错的可能性，特别是忘记释放锁导致死锁或资源泄露的问题。 - 自动释放： 无论同步代码块正常执行完毕还是抛出异常，JVM都会确保锁被自动释放。这是它最大的优点之一，让代码更健壮。
-
可重入性： 一个线程可以重复获取它已经持有的锁。例如，一个
synchronized
方法可以调用另一个synchronized
方法，只要它们都锁定同一个对象，不会导致死锁。 -
性能演进： JVM对
synchronized
的实现一直在优化，从早期的重量级锁（基于操作系统互斥量）发展到偏向锁、轻量级锁、自旋锁等，在很多场景下，其性能已经非常接近甚至超越ReentrantLock
。
ReentrantLock
的特点：
-
灵活性与功能扩展：
ReentrantLock
是java.util.concurrent.locks
包下的一个类，它提供了比synchronized
更丰富的特性：-
公平性选择： 可以在构造函数中指定是否为公平锁（
new ReentrantLock(true)
）。公平锁会按照请求的顺序授予锁，而非公平锁则允许“插队”，通常非公平锁的吞吐量更高。 -
尝试获取锁 (
tryLock()
)： 允许线程尝试获取锁，如果获取不到，可以立即返回，而不是一直阻塞。这对于避免死锁和实现更复杂的并发策略非常有用。 -
可中断锁 (
lockInterruptibly()
)： 线程在等待锁的过程中可以被中断，这对于处理长时间等待锁的场景非常重要，可以避免无限期等待。 -
条件变量 (
newCondition()
)：ReentrantLock
可以与多个Condition
对象配合使用，实现更精细的线程间通信（await()
/signal()
/signalAll()
），这比object
的wait()
/notify()
/notifyAll()
更加灵活。 -
锁的查询： 提供了
isLocked()
,isHeldByCurrentThread()
,getQueueLength()
等方法，可以获取锁的状态信息。
-
公平性选择： 可以在构造函数中指定是否为公平锁（
-
手动管理： 需要显式地调用
lock()
和unlock()
方法。这意味着你必须在finally
块中确保unlock()
被调用，否则可能导致锁无法释放，进而引发死锁。ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); lock.lock(); try { // 临界区代码 } finally { lock.unlock(); // 必须在finally块中释放锁 }
权衡考量与选择：
-
简单场景优先
synchronized
： 如果你的同步需求比较简单，只需要基本的互斥功能，且不涉及复杂的条件等待、非阻塞尝试获取锁等，那么synchronized
无疑是更简洁、更安全的选择。它的自动管理特性减少了出错的可能。 -
复杂场景考虑
ReentrantLock
： 当你需要更高级的锁功能时，比如：- 需要实现公平锁。
- 需要尝试非阻塞地获取锁，或者在等待锁时能够响应中断。
- 需要多个条件变量来协调不同的线程等待/通知逻辑。
- 在极端高并发且锁竞争激烈的场景下，
ReentrantLock
在某些JVM和硬件环境下可能展现出更好的性能（尽管差距在缩小）。 - 需要对锁的获取和释放有更精细的控制，例如在不同的方法中获取和释放锁。
我的看法：
我个人觉得，对于大多数日常开发任务，
synchronized已经足够胜任，而且其简洁性带来的好处往往大于
ReentrantLock的灵活性。JVM在
synchronized上的优化投入是巨大的，使得它在许多场景下的性能表现非常出色。只有当你明确知道自己需要
ReentrantLock提供的特定高级功能时，才应该考虑使用它。过度使用
ReentrantLock，如果处理不当，反而可能引入新的bug，比如忘记释放锁。所以，选择哪个，更多的是一种“按需取用”的哲学，而不是盲目追求“更高级”或“性能更好”的工具。
