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Java高频面试之并发编程-18

news 来源：原创 2025/7/22 22:51:07

hello啊，各位观众姥爷们！！！本baby今天又来报道了！哈哈哈哈哈嗝🐶

面试官：详细说说synchronized

synchronized 是 Java 中实现线程同步的核心关键字，用于解决多线程环境下的资源竞争问题，确保线程安全。

1. 基本作用

synchronized 通过 互斥锁（Mutex Lock） 机制，保证同一时刻只有一个线程能访问被保护的代码块或方法，避免多个线程同时操作共享资源导致的数据不一致问题。

2. 使用方式

synchronized 可以修饰以下三种对象：

(1) 实例方法
  • 锁对象：当前实例对象（this）。
  • 作用：同一实例的多个线程会互斥访问该方法。
    public synchronized void method() {// 同步代码
}
(2) 静态方法
  • 锁对象：类的 Class 对象（MyClass.class）。
  • 作用：所有实例的线程都会互斥访问该静态方法。
    public static synchronized void staticMethod() {// 同步代码
}
(3) 代码块
  • 锁对象：显式指定任意对象（通常是共享资源）。
  • 作用：更细粒度地控制同步范围。
    public void blockMethod() {synchronized (lockObject) {  // lockObject 可以是任意对象// 同步代码}
}

3. 核心特性

(1) 可重入性（Reentrant）
  • 同一个线程可以重复获取同一个锁。
  • 示例：线程获取锁后，在同步代码中调用另一个同步方法（使用同一锁）不会阻塞。
(2) 锁的释放
  • 线程执行完同步代码块或方法后，自动释放锁。
  • 若线程发生异常退出同步代码块，锁也会自动释放。
(3) 锁的竞争
  • 未获取锁的线程会进入 阻塞状态（BLOCKED），直到锁被释放。

4. 底层原理

synchronized 的底层实现依赖于 JVM 的 Monitor（监视器锁） 机制，具体通过以下步骤实现：

(1) Monitor 对象
  • 每个 Java 对象都与一个 Monitor 关联，Monitor 包含以下关键字段：
    • _owner：记录当前持有锁的线程。
    • _EntryList：等待获取锁的阻塞线程队列。
    • _WaitSet：调用 wait() 后进入等待状态的线程队列。
(2) 字节码层面
  • 同步代码块通过 monitorenter 和 monitorexit 指令实现：
    public void method() {synchronized (obj) {// 代码}
}
    对应的字节码：
    monitorenter   // 尝试获取锁
...             // 同步代码
monitorexit    // 释放锁
(3) 锁升级优化（JDK 1.6+）

为了提高性能，JVM 对 synchronized 进行了优化，引入了 锁升级机制：

  1. 无锁（No Lock）：初始状态。
  2. 偏向锁（Biased Lock）：锁偏向第一个获取它的线程，避免后续 CAS 操作。
  3. 轻量级锁（Lightweight Lock）：通过 CAS 自旋尝试获取锁，避免线程阻塞。
  4. 重量级锁（Heavyweight Lock）：竞争激烈时，升级为操作系统级别的互斥锁（Mutex）。

5. 典型应用场景

(1) 线程安全的单例模式
public class Singleton {private static volatile Singleton instance;public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}
(2) 保护共享资源
public class Counter {private int count = 0;public synchronized void increment() {count++;}
}

6. 与 ReentrantLock 的对比

特性synchronizedReentrantLock
锁类型JVM 内置锁JDK 实现的显式锁
灵活性不支持中断、超时、公平锁支持中断、超时、公平锁
代码控制自动释放锁需手动 lock() 和 unlock()
性能JDK 1.6 后优化，性能接近显式锁高竞争场景下性能更好
适用场景简单同步需求复杂同步逻辑（如条件变量 Condition）

7. 注意事项

  1. 锁对象的选择：

    • 避免使用字符串常量或基本类型（如 Integer）作为锁对象。
    • 推荐使用私有、不可变的对象：private final Object lock = new Object();

  2. 减少同步范围：

    • 尽量缩小同步代码块，避免在同步块内执行耗时操作（如 I/O）。

  3. 死锁风险：

    • 避免嵌套锁或多锁顺序不一致导致的死锁。
    • 示例：线程 A 先锁 X 再锁 Y，线程 B 先锁 Y 再锁 X → 可能死锁。

  4. 锁粗化与锁消除：

    • 锁粗化：JVM 将多个连续锁合并为一个锁，减少开销。
    • 锁消除：JVM 检测到不可能存在共享竞争时，自动去除锁（如局部变量）。

8. 常见问题

Q1：synchronized 和 volatile 的区别？
  • synchronized：保证原子性、可见性和有序性。
  • volatile：仅保证可见性和有序性，不保证原子性（如 i++ 仍需同步）。
Q2：静态方法和实例方法的锁是否冲突？
  • 不冲突！静态方法锁的是类对象（Class），实例方法锁的是当前实例（this）。
Q3：如何排查死锁？
  • 使用 jstack 或可视化工具（如 JConsole）查看线程状态和锁持有情况。

总结

synchronized 是 Java 线程同步的基石，通过 Monitor 机制实现互斥访问。虽然在高并发场景下可能成为性能瓶颈，但其简洁性和 JVM 的优化（如锁升级）使其在大多数场景下足够高效。对于更复杂的同步需求，可结合 ReentrantLock 或并发工具类（如 Semaphore、CountDownLatch）使用。

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