Java多线程并发：为何使用锁（synchronized）仍会出现竞态条件？

原创谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2024-11-08 18:42 14阅读 0赞

在Java中，`synchronized` 关键字是用来实现线程同步的一种机制，它可以确保同一时间只有一个线程可以执行某个特定的代码块。尽管如此，使用 `synchronized`锁仍然可能出现竞态条件（race condition），原因如下：

1. **锁的范围限制**：
- `synchronized`只能锁定一个对象，如果多个对象需要被同步，而它们之间存在共享数据，那么即使每个对象都被 `synchronized`保护，仍然可能发生竞态条件。例如，如果有两个不同的对象，每个对象都有一个 `synchronized` 方法，而这些方法都修改同一个共享变量，那么这两个方法之间就可能发生竞态条件。

2. **锁的粒度**：
- 如果 `synchronized`块的范围过大，可能会锁定比必要的更多的代码，这不仅会降低程序的并发性，还可能导致竞态条件。例如，如果一个 `synchronized`块包含了多个操作，而这些操作中只有一部分需要同步，那么其他不需要同步的操作也会被阻塞，这可能导致不必要的等待和竞态条件。

3. **复合操作**：
-即使单个操作是原子的，复合操作（如检查-修改-检查模式）也可能不是原子的。例如，自增操作 `i++` 实际上包含三个步骤：读取 `i` 的值，增加值，写回新值。如果这些步骤没有被 `synchronized`正确保护，就可能发生竞态条件。

4. **锁的释放和获取**：
- 如果一个线程在持有锁的同时发生了异常，并且没有正确释放锁，那么其他线程可能会无限期地等待这个锁，导致死锁。

5. **锁的可见性问题**：
- `synchronized`确保了对共享变量的修改对其他线程是可见的，但如果不正确地使用，比如在没有同步的代码块中读取共享变量，那么可能会读取到过期的值，导致竞态条件。

6. **错误的锁对象**：
- 如果错误地选择了锁对象，那么即使使用了 `synchronized`，也无法保护共享资源。例如，如果应该锁定一个共享资源对象，但却锁定了线程的局部变量，那么其他线程仍然可以修改共享资源。

为了避免竞态条件，需要仔细设计同步策略，确保所有访问共享资源的代码都被正确地同步，并且锁的范围和粒度都是合适的。此外，还可以使用其他并发控制机制，如 `ReentrantLock`、`Atomic` 类等，它们提供了更灵活的锁控制和原子操作。