Java多线程同步synchronized互斥锁实例解析

Java多线程编程是Java语言中的一个高级特性，它允许多个线程同时执行，以充分利用现代多核处理器的计算能力。Java中的`synchronized`关键字是实现线程同步的一种机制，它确保多个线程在执行临界区代码时互斥访问，即在某一时刻只有一个线程可以执行临界区代码，从而保证数据的完整性和一致性。 ### 多线程synchronized互斥锁知识点 #### synchronized关键字的作用 `synchronized`可以用于修饰方法或代码块，当`synchronized`用于方法时，整个方法都将成为同步方法，即进入方法的线程必须持有该方法所属对象的锁。如果`synchronized`用于代码块，那么同步的代码块会被指定的对象锁保护，只有获得该对象锁的线程才能执行同步代码块。 #### synchronized同步方法示例 ```java public class Counter { private int count = 0; public synchronized void increment() { count++; } public synchronized int getCount() { return count; } } ``` 在上述代码中，`increment`和`getCount`方法都被`synchronized`修饰，因此无论哪个线程调用这些方法，都必须持有`Counter`类实例的锁。 #### synchronized代码块示例 ```java public void add(int value) { synchronized(this) { count += value; } } ``` 上述代码中，`add`方法包含了一个同步代码块，其锁对象是`this`。这表示同一时刻只有一个线程可以执行这个同步代码块。 #### 与android同步机制的一致性 Android平台上也使用Java语言，因此在Android开发中，`synchronized`的用法与Java平台中完全相同。Android应用中的多线程同步问题同样可以通过`synchronized`来解决，以保证线程安全。 #### 在Android中的应用实例 例如，在Android的UI线程中，不能直接进行耗时操作，需要将这些操作放在后台线程中执行，并在适当的时候更新UI。如果多个后台线程尝试更新同一UI组件，就需要使用`synchronized`来确保线程安全。 ```java public class MyActivity extends Activity { private int result = 0; private class MyAsyncTask extends AsyncTask<Void, Void, Integer> { @Override protected Integer doInBackground(Void... voids) { // 这里可以是耗时操作 return result; } @Override protected void onPostExecute(Integer integer) { synchronized(MyActivity.this) { // 在这里更新UI，确保线程安全 textView.setText(String.valueOf(integer)); } } } } ``` 在这个例子中，`doInBackground`方法在后台线程中执行，而`onPostExecute`则在UI线程中执行，通过`synchronized(MyActivity.this)`确保了对UI组件`textView`的线程安全访问。 #### synchronized的缺点 尽管`synchronized`可以很好地解决线程同步问题，但它也有一些缺点。例如，过度使用`synchronized`可能导致线程阻塞，从而影响性能。另外，当锁对象为`this`时，可能会发生自锁问题，即同一个对象试图获得自己的锁，这会导致死锁。 #### 替代方案 Java SE 5之后引入了更多的并发工具，比如`ReentrantLock`、`Semaphore`、`CountDownLatch`等，这些工具提供了比`synchronized`更加灵活和强大的线程同步机制。对于高级的并发场景，推荐使用这些工具替代`synchronized`。 #### synchronized与锁优化 在JVM中，`synchronized`的实现经历了多次优化，包括锁膨胀、锁粗化、锁消除等技术。例如，轻量级锁和偏向锁的引入，旨在减少锁操作的开销。这些优化使得`synchronized`在保证线程安全的同时，尽可能减少性能损失。 #### 面试题 在面试中，面试官可能会问到关于`synchronized`的细节，例如它的工作原理、锁的类型、如何避免死锁等。面试者应当理解`synchronized`的内部机制，例如Java对象头的Mark Word结构，以及锁的升级流程。 ### 总结 `synchronized`是Java多线程编程中不可或缺的一部分，它简单易用，能够有效防止多个线程访问共享资源时产生的数据不一致问题。尽管存在一些不足，但通过适当的设计和使用，可以充分发挥其在多线程环境中的优势。对于需要在多线程环境下共享资源的Java和Android开发者来说，熟练掌握`synchronized`是基础，同时了解其替代方案和内部优化机制也非常重要。