Java 中 Synchronized 关键字的作用和原理

迈不过友情╰ 2024-03-22 10:51 62阅读 0赞

Java 中的 Synchronized 关键字是一种用于实现多线程同步的常用机制。它可以用于修饰方法或代码块，以确保在同一时间只有一个线程可以访问共享资源。在本文中，我们将深入探讨 Synchronized 的底层原理，并提供相应的代码示例。

### 一、Synchronized 的基本用法 ###

在 Java 中，Synchronized 可以用于修饰方法或代码块。当 Synchronized 修饰方法时，它将锁定整个方法，使得在同一时间只能有一个线程访问该方法。例如：

public synchronized void foo() {
        // do something
    }

当 Synchronized 修饰代码块时，它将锁定该代码块中的对象，使得在同一时间只能有一个线程访问该对象。例如：

public void bar() {
        synchronized (this) {
            // do something
        }
    }

在上述示例中，this 表示当前对象，因此 Synchronized 将锁定该对象。

### 二、Synchronized 的底层原理 ###

Synchronized 的底层原理是基于 Java 中的对象监视器（Monitor）实现的。每个 Java 对象都有一个关联的 Monitor，它是一个内部对象，用于同步访问该对象。当一个线程访问一个被 Synchronized 修饰的方法或代码块时，它会尝试获取该对象的监视器。如果该监视器已被另一个线程占用，则该线程将被阻塞，直到监视器被释放。

在 Java 中，每个对象都有一个与之关联的 Monitor 对象。Monitor 对象包含一个 EntrySet 和 WaitSet，分别用于存储等待锁的线程和等待条件的线程。当一个线程尝试获取一个对象的 Monitor 时，它会先尝试获取 EntrySet 中的锁。如果 EntrySet 中没有锁，那么该线程将获得该对象的 Monitor，并将自己的线程 ID 添加到 EntrySet 中。如果 EntrySet 中已有锁，则该线程将加入 WaitSet 中，并阻塞等待。

当一个线程释放一个对象的 Monitor 时，它将从 EntrySet 中移除自己的线程 ID，并将 WaitSet 中的一个线程移动到 EntrySet 中。如果 WaitSet 中没有线程，则不执行任何操作。这样，EntrySet 中的线程将继续争夺该对象的 Monitor。

### 三、Synchronized 的代码示例 ###

下面是一个简单的示例，演示了如何使用 Synchronized 实现多线程同步：

public class SynchronizedExample {
        private int count = 0;
    
        public synchronized void increment() {
            count++;
        }
    
        public void doWork() {
            Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                        increment();
                    }
                }
            });
    
            Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                        increment();
                    }
                }
            });
    
            t1.start();
            t2.start();
    
            try {
                t1.join();
                t2.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
            System.out.println("Count is: " + count);
        }
    }

在上述示例中，increment() 方法被声明为 synchronized，这意味着在同一时间只有一个线程可以访问该方法。在 doWork() 方法中，我们创建了两个线程 t1 和 t2，它们都调用 increment() 方法来增加 count 的值。由于 increment() 方法是同步的，因此在同一时间只有一个线程可以访问它，从而确保 count 的值正确地增加。

### 四、总结 ###

Synchronized 是 Java 中常用的多线程同步机制，它基于对象监视器实现。每个 Java 对象都有一个关联的 Monitor，用于同步访问该对象。当一个线程访问一个被 Synchronized 修饰的方法或代码块时，它会尝试获取该对象的监视器。如果该监视器已被另一个线程占用，则该线程将被阻塞，直到监视器被释放。在实际应用中，我们可以使用 Synchronized 来确保多线程访问共享资源时的正确性和一致性。