Java Synchronized关键字全面解析思维导图

### Java关键字Synchronized解析 #### 概念理解 在Java语言中，`Synchronized`是一个关键字，它用于控制方法或者代码块访问的同步性，确保同一时刻只有一个线程能够执行该方法或代码块。这是Java实现线程同步控制的最基本方式之一，可以有效避免多线程操作共享资源时产生的数据不一致和竞争条件。 #### Synchronized的作用与特性 1. **互斥性**：保证线程安全，一个对象的同步方法在同一时刻只能被一个线程访问。 2. **可见性**：同步代码块执行完毕后，会把从共享变量中读取到的值刷新到主内存中，确保其它线程能看到最新的值。 3. **有序性**：保证了线程执行的顺序性，防止指令重排序。 #### CAS（Compare-And-Swap） CAS是一种用于实现多线程同步的无锁算法。CAS操作包含三个操作数——内存位置（V）、预期原值（A）和新值（B）。如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值，这个操作是原子的。Synchronized与CAS的区别在于，Synchronized是悲观锁策略，会直接锁住相关资源，而CAS是乐观锁策略，假设没有冲突，只有在实际操作时才进行检查。 #### 锁的分类及升级 1. **偏向锁**：偏向锁是单线程使用的锁。当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁。如果在运行过程中，遇到了其他线程抢占锁，则偏向锁会被撤销，并升级为轻量级锁。 2. **轻量级锁**：当线程尝试获取锁时，如果该锁已经被其他线程占有，此时会使用CAS尝试将Mark Word更新为指向当前线程栈帧中的锁记录指针。轻量级锁是为了在线程交替执行同步块时提供更优秀的性能，它避免了线程间的实际阻塞。 3. **重量级锁**：当一个线程试图获取已经被其他线程持有的轻量级锁时，该锁会膨胀升级为重量级锁。此时线程会进入阻塞状态，等待被唤醒。重量级锁的实现依赖于系统级别的互斥量（mutex）。 4. **锁升级**：锁的升级是为了适应多线程环境，降低锁的获取与释放的开销。从偏向锁到轻量级锁再到重量级锁，这个过程是单向的，不可逆的。在大多数情况下，锁的状态变化都是偏向锁到轻量级锁，而很少升级为重量级锁。 #### 常见问题整理 1. **Synchronized与Lock的区别**：Synchronized是Java中的内置关键字，它依赖JVM实现同步机制，而Lock是一个接口，提供更灵活的锁机制，需要手动开启和释放。Lock提供了更多高级功能，比如尝试非阻塞地获取锁、可中断的获取锁等。 2. **Synchronized的使用场景**：一般在资源竞争不是特别激烈的情况下，使用Synchronized会比较高效。如果是竞争非常激烈，或者有较多的I/O操作，可能需要考虑使用其他更高效的锁策略。 3. **Synchronized的优化**：JDK 6之后，Synchronized进行了很多优化，包括偏向锁、轻量级锁等，大大提高了其性能。了解这些优化机制对编写高效的多线程程序非常有帮助。 通过以上知识点的学习，我们可以更加深入地理解Java中Synchronized关键字的工作机制及其与锁的不同状态之间的关系。这不仅有助于我们在开发过程中合理地运用Synchronized关键字，也有利于我们更好地理解Java内存模型和线程同步机制。