Java中的Synchronized原理是什么

前言

在多线程编程中，由于线程的并发执行，可能会导致多个线程同时访问共享资源，从而引发访问冲突和数据不一致等问题。为了解决这些问题，Java提供了synchronized关键字来实现线程的同步操作。Synchronized关键字可以保证多个线程对同一个共享资源的互斥访问，从而避免数据竞争和数据不一致的问题。本文将介绍Java中Synchronized的原理。

Synchronized的基本使用

Synchronized关键字可以应用于方法和代码块，用于保护共享资源的访问。当一个线程访问一个被synchronized关键字修饰的方法或代码块时，它会自动获得该方法或代码块的锁。其他线程必须等待该锁的释放才能继续执行。

public synchronized void increment() {
    count++;
}

在上述代码中，increment()方法被synchronized关键字修饰，表示该方法是一个同步方法。当一个线程执行increment()方法时，它会获取该方法所属对象的锁，其他线程必须等待锁的释放才能继续执行。

对象锁和类锁

Synchronized关键字的同步机制基于对象级别的锁和类级别的锁。当Synchronized修饰实例方法或代码块时，它获取的是对象级别的锁，也称为对象锁；当Synchronized修饰静态方法或代码块时，它获取的是类级别的锁，也称为类锁。

public class Counter {
    private static int count = 0;
    
    public synchronized static void increment() {
        count++;
    }
    
    public void incrementByObject() {
        synchronized(this) {
            count++;
        }
    }
}

在上述代码中，increment()方法获取的是类锁，因为它是静态方法；incrementByObject()方法获取的是对象锁，因为它是实例方法的代码块，并且使用了this作为锁对象。当多个线程分别调用increment()方法和incrementByObject()方法时，它们会获取不同的锁对象，从而实现了对象级别的并发控制。

内存语义与实现原理

Synchronized关键字不仅能够保证线程的互斥访问，还能保证线程间的内存可见性。当一个线程释放锁时，它会将对共享变量的修改刷新到主内存中；当一个线程获取锁时，它会从主内存中重新加载共享变量的值。这种内存语义的保证，是基于Java内存模型（JMM）的，它定义了线程感知共享变量的读写操作的规则。

在实现上，Synchronized关键字的底层原理是使用了一种称为Monitor的同步机制，即通过对象头中的标记字段来判断对象是否被锁定，并使用CAS（Compare and Swap）操作来实现对象的加锁和解锁。当一个线程执行Synchronized关键字修饰的代码块时，它会尝试获取对象的Monitor，如果Monitor被其他线程持有，则该线程进入阻塞状态；当该线程释放Monitor时，其他处于阻塞状态的线程会被唤醒，争夺Monitor的所有权。

总结

在Java中，Synchronized关键字是实现线程同步的重要机制之一。它可以保证多个线程对共享资源的互斥访问，避免了数据竞争和数据不一致的问题。Synchronized关键字基于对象级别的锁和类级别的锁，通过Monitor的同步机制来实现加锁和解锁操作。它不仅提供了线程的互斥访问，还保证了线程间的内存可见性，确保了共享变量的正确同步。在多线程编程中，合理使用Synchronized关键字可以有效地提高程序的性能和可靠性。