synchronized 关键字浅析

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synchronized 是什么

synchronized 基于 Java 对象的内置锁（intrinsic lock），也称监视器锁（monitor lock）。每个对象都关联一把内置锁。

同一时刻只能有一个线程持有同一把锁。线程释放锁之前的操作，happens-before 另一个线程后续获取同一把锁之后的操作。

因此，面试中分析 synchronized 只需先回答一个问题：两段代码锁的是不是同一个对象？

synchronized 的三种用法

用法 锁对象
修饰实例方法 当前实例，即 this
修饰静态方法 当前类的 Class 对象
修饰代码块 synchronized 括号中的对象

实例同步方法

实例同步方法锁的是调用方法的对象，与 synchronized (this) 等价。同一实例上的同步方法会互斥，不同实例之间不会。

class Counter {
    private int count;

    synchronized void increment() {
        count++;
    }

    int get() {
        synchronized (this) {
            return count;
        }
    }
}

静态同步方法

静态同步方法锁的是类对象，例如 Counter.class。无论通过哪个实例调用，争用的都是同一把类锁。

class Sequence {
    private static int value;

    static synchronized int next() {
        return ++value;
    }
}

同步代码块

同步代码块可以显式指定锁对象，并将临界区缩小到真正需要互斥的代码。

class Counter {
    private final Object lock = new Object();
    private int count;

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

[!yellow]
专用锁对象通常应声明为 private final，避免锁引用被替换，也避免外部代码持有同一把锁。

synchronized 的特性

互斥性

同一把锁保护的临界区不会被多个线程同时执行。因此 count++ 这类读-改-写复合操作，在所有访问都遵守同一把锁时不会丢失更新。

可见性与有序性

释放某把锁，happens-before 后续获取同一把锁。这保证前一个线程在临界区中的写入，对后一个获取同一把锁的线程可见。

可重入

线程可以重复获取自己已经持有的锁。因此一个同步方法可以调用同一对象的另一个同步方法，不会把自己阻塞。

自动释放锁

同步代码正常结束或异常退出时，JVM 都会自动释放内置锁。这与必须在 finally 中手动 unlock() 的 ReentrantLock 不同。

对象锁与类锁

场景 是否互斥 原因
同一对象的两个实例同步方法 是 都锁同一个 this
不同对象的实例同步方法 否 两个对象对应两把锁
同一类的两个静态同步方法 是 都锁同一个 Class 对象
实例同步方法与静态同步方法 否 一个锁实例，一个锁 Class 对象
同步方法与未同步的普通方法 否 普通方法不获取锁

synchronized 与 volatile

对比项 synchronized volatile
作用位置 方法或代码块 成员变量
互斥性 有 无
可见性 有 有
适用场景 保护多步复合操作或多个关联状态 单次读写的状态标记

volatile 不提供互斥，因此不能单独保证 count++ 这类复合操作的原子性。

synchronized 与 ReentrantLock

对比项 synchronized ReentrantLock
锁的释放 JVM 自动释放 必须手动 unlock()
等待可中断 不支持中断锁获取 lockInterruptibly()
尝试获取 无超时尝试 API tryLock() / tryLock(timeout)
公平锁 无公平性配置 可选公平锁或非公平锁
条件队列 每个监视器一个等待集合 可以创建多个 Condition

默认优先使用 synchronized。只有确实需要可中断、超时、公平性或多条件队列时，再使用 ReentrantLock。

底层实现

  • 同步代码块编译后使用 monitorenter 和 monitorexit 字节码指令。
  • 同步方法通过方法的 ACC_SYNCHRONIZED 标志表示需要获取监视器。
  • 锁的具体状态和优化策略属于 JVM 实现细节，不应把某个 JDK 版本的“偏向锁—轻量级锁—重量级锁”实现当作 Java 语言规范。

易错点总结

  • 只看到 synchronized 就认为一定互斥，忽略了锁对象是否相同。
  • 用两个实例锁保护同一份静态变量，实际上无法互斥。
  • 锁住字符串常量、装箱对象等可能被共享的对象，导致无关代码发生锁竞争。
  • 在锁内执行耗时 I/O 或调用不受控的外部方法，使临界区过大。
  • 认为 volatile 可以代替 synchronized 保护复合操作。
  • 多把锁按不同顺序获取，可能造成死锁。

参考资料