Java synchronized 方法与类锁详解：深入理解线程同步机制159

Java 提供了多种机制来实现线程同步，其中 `synchronized` 关键字是最常见也是最基础的一种。它可以用来修饰方法或代码块，实现对共享资源的互斥访问，从而避免线程安全问题。本文将深入探讨 `synchronized` 关键字在修饰方法和类上的不同行为，以及其底层实现原理。

synchronized 方法

当使用 `synchronized` 关键字修饰一个方法时，该方法就成为了一个同步方法。这意味着，在任何时刻，只有一个线程可以执行该方法。其他试图执行该方法的线程将被阻塞，直到当前线程执行完毕释放锁。这个锁是隐式地由 Java 虚拟机 (JVM) 管理的，它与对象的监视器 (monitor) 相关联。

例如：```java
public class Counter {
private int count = 0;
public synchronized void increment() {
count++;
}
public int getCount() {
return count;
}
}
```

在这个例子中，`increment()` 方法是同步方法。当多个线程同时调用 `increment()` 方法时，只有一个线程能够获得对象的监视器锁，执行 `count++` 操作，其他线程则会被阻塞。 `getCount()` 方法不是同步的，多个线程可以同时读取 `count` 的值，这在读取操作中一般不会出现线程安全问题，因为它只是读取数据，不会修改共享资源。

synchronized 方法的锁

对于 `synchronized` 方法，锁是与 `this` 对象关联的。也就是说，如果一个对象有多个同步方法，这些方法共享同一个锁。如果一个线程已经获取了这个对象的锁，那么其他线程就无法调用该对象的任何同步方法。这被称为对象锁或实例锁。

静态 synchronized 方法

当 `synchronized` 关键字修饰一个静态方法时，锁对象就变成了该方法所属的类对象。也就是说，所有调用该静态方法的线程都会竞争同一个锁，即类的 Class 对象。

例如：```java
public class Counter {
private static int count = 0;
public synchronized static void incrementStatic() {
count++;
}
public static int getCount() {
return count;
}
}
```

在这个例子中，`incrementStatic()` 方法是静态同步方法。锁对象是 ``。所有线程调用 `incrementStatic()` 时，都将竞争同一把锁，保证了线程安全。这被称为类锁。

synchronized 代码块

除了修饰方法，`synchronized` 关键字还可以修饰代码块。这种情况下，需要显式指定锁对象。```java
public class Counter {
private int count = 0;
private Object lock = new Object();
public void increment() {
synchronized (lock) {
count++;
}
}
}
```

在这个例子中，`lock` 对象充当锁。只有获取到 `lock` 对象锁的线程才能执行 `synchronized` 代码块内的代码。选择合适的锁对象非常重要，错误的选择可能导致死锁或其他线程安全问题。

synchronized 方法与类锁的比较

选择使用 `synchronized` 方法还是 `synchronized` 代码块取决于具体的场景。 `synchronized` 方法简洁易用，但灵活性较差。 `synchronized` 代码块可以更精细地控制锁的范围，提高并发性能。使用静态 `synchronized` 方法时，需要谨慎考虑，因为只有一个锁，可能会导致严重的性能瓶颈。

底层实现原理

`synchronized` 关键字的底层实现依赖于 JVM 的监视器 (monitor) 。每个对象都有一个与之关联的监视器。当线程进入 `synchronized` 方法或代码块时，它会尝试获取对象的监视器锁。如果成功获取，则执行代码；否则，线程会被阻塞，直到获取到锁。 JVM 使用操作系统提供的互斥锁或其他同步原语来实现监视器。

性能考虑

过度使用 `synchronized` 会导致性能下降，因为线程争抢锁会增加上下文切换的开销。在高并发场景下，应该尽量减少锁的粒度和持有锁的时间，可以使用更高级的并发工具，如 `ReentrantLock` 、 `Semaphore` 、 `CountDownLatch` 等来优化性能。选择合适的锁机制，是高效并发编程的关键。

总结

`synchronized` 是 Java 中一个重要的线程同步机制，理解其使用方法和底层实现原理对于编写健壮的并发程序至关重要。选择 `synchronized` 方法、静态 `synchronized` 方法或 `synchronized` 代码块，取决于程序的具体需求和性能要求。在实际应用中，需要根据场景选择合适的锁机制，并进行充分的测试，以保证程序的正确性和性能。

2025-06-11

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