详解 Java 并发编程 synchronized 关键字

synchronized 关键字的作用

synchronized 是 Java 中用于实现线程同步的关键字，主要用于解决多线程环境下的资源竞争问题。它可以修饰方法或代码块，确保同一时间只有一个线程可以执行被修饰的代码，从而避免数据不一致的问题。

synchronized 的用法

synchronized 可以用于实例方法、静态方法和代码块。以下是几种常见的用法：

// 修饰实例方法
public synchronized void instanceMethod() {// 线程安全的代码
}// 修饰静态方法
public static synchronized void staticMethod() {// 线程安全的代码
}// 修饰代码块
public void blockMethod() {synchronized (this) {// 线程安全的代码}
}

synchronized 的实现原理

在 JVM 层面，synchronized 是通过 monitorenter 和 monitorexit 指令来实现的。每个对象都有一个与之关联的监视器锁（monitor），当线程进入 synchronized 代码块时，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，直到锁被释放。

源码级别的分析

在 Java 源码中，synchronized 的实现依赖于 JVM 的底层机制。以下是 synchronized 在字节码中的表现：

public void synchronizedMethod() {synchronized (this) {System.out.println("Hello, World!");}
}

对应的字节码如下：

public synchronizedMethod()VL0LINENUMBER 1 L0ALOAD 0DUPASTORE 1MONITORENTERL1LINENUMBER 2 L1GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;LDC "Hello, World!"INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)VL2LINENUMBER 3 L2ALOAD 1MONITOREXITL3GOTO L4L5ALOAD 1MONITOREXITL6ATHROWL4LINENUMBER 4 L4RETURN

在字节码中，MONITORENTER 和 MONITOREXIT 指令分别对应 synchronized 代码块的进入和退出。MONITORENTER 尝试获取对象的监视器锁，MONITOREXIT 释放锁。

synchronized 的性能优化

在高并发场景下，synchronized 可能会导致性能瓶颈。为了优化性能，Java 引入了偏向锁、轻量级锁和重量级锁等机制。这些机制根据竞争情况动态调整锁的状态，减少锁的开销。

总结

synchronized 是 Java 中实现线程同步的重要工具，通过修饰方法或代码块，确保多线程环境下的数据一致性。其底层实现依赖于 JVM 的监视器锁机制，并通过字节码指令 MONITORENTER 和 MONITOREXIT 来实现。在高并发场景下，JVM 提供了多种锁优化机制，以提高性能。