线程同步相关知识

以下是对线程同步相关知识点的系统整理，涵盖同步方式、锁机制、线程安全条件及释放规则等核心内容：

一、线程同步的核心目标

解决多线程并发操作共享资源时的线程安全问题（如数据不一致、重复修改等），通过控制线程对共享资源的访问顺序，保证操作的原子性、可见性和有序性。

二、线程安全的判定条件

出现线程安全问题必须同时满足两个条件：

1. 多线程环境：程序运行在多个线程并发执行的场景中。
2. 共享资源：多个线程操作的是同一份资源（如共享变量、对象属性等）。

解决方案：通过“锁机制”保证同一时间只有一个线程能操作共享资源，核心是所有线程必须使用同一把锁。

三、同步方式一：synchronized 关键字

synchronized 是 Java 内置的隐式锁机制，通过“监视器（Monitor）”实现，可修饰代码块或方法。

1. 同步代码块

• 语法：

  synchronized (锁对象) {// 需要同步的代码（操作共享资源的逻辑）
  }
  

• 核心要素：

  • 锁对象：可以是任意对象（通常使用共享资源本身或 this），但必须保证所有线程使用同一把锁。
  • 同步范围：仅包含操作共享资源的代码，范围越小，效率越高。

• 示例：

  // 共享资源
  private int count = 0;
  private Object lock = new Object(); // 锁对象// 多线程执行的方法
  public void increment() {synchronized (lock) { // 所有线程使用同一把lock锁count++; // 操作共享资源}
  }
  

2. 同步方法

• 语法：直接在方法声明处添加 synchronized 关键字，隐式指定锁对象。

  // 实例方法
  public synchronized void method1() { ... }// 静态方法
  public static synchronized void method2() { ... }
  

• 隐式锁对象规则：

  • 实例方法：锁对象为 this（当前对象实例）。
  • 静态方法：锁对象为 类名.class（当前类的字节码对象，全局唯一）。

• 特点：

  • 无需显式指定锁对象，简化代码，但同步范围是整个方法（可能降低效率）。
  • 静态同步方法和实例同步方法使用的是不同锁（类对象 vs 实例对象），两者不会互斥。

四、锁的释放与不释放场景

synchronized 锁的释放由 JVM 自动管理，以下情况会触发释放或不释放：

1. 自动释放锁的场景

• 同步代码块或同步方法正常执行完毕（执行到代码块末尾）。
• 同步代码中出现未捕获的异常或错误，导致线程终止。
• 同步代码中调用 wait() 方法（线程进入等待状态，主动释放锁）。
• 同步代码中通过 break、return 等语句退出代码块/方法。

2. 不会释放锁的场景

• 调用 Thread.sleep(long)：线程休眠时仍持有锁（其他线程无法获取）。
• 调用 Thread.yield()：线程主动让出 CPU，但锁未释放。
• 线程被 suspend() 暂停（已过时方法）：暂停期间仍持有锁，可能导致死锁。

五、同步方式二：ReentrantLock（显式锁）

java.util.concurrent.locks.ReentrantLock 是 JDK 提供的显式锁实现，比 synchronized 更灵活。

1. 核心特性

• 可重入性：同一线程可多次获取同一把锁（与 synchronized 一致）。
• 公平性：通过构造函数指定是否为公平锁：

  ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true); // 公平锁（按请求顺序获取锁）
  ReentrantLock nonfairLock = new ReentrantLock(false); // 非公平锁（默认，可能插队）
  

  • 公平锁：线程按请求锁的顺序获取锁，避免饥饿，但效率较低。
  • 非公平锁：允许线程“插队”获取锁，效率更高，但可能导致部分线程长期等待。

2. 使用规范

必须手动获取锁和释放锁，且释放操作需放在 finally 中，确保锁一定被释放：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();public void operation() {lock.lock(); // 手动获取锁try {// 操作共享资源（可能出现线程安全的代码）} finally {lock.unlock(); // 手动释放锁，必须在finally中}
}

六、synchronized 与 ReentrantLock 的对比

特性	synchronized	ReentrantLock
锁类型	隐式锁（JVM 自动管理）	显式锁（手动获取和释放）
公平性	仅支持非公平锁	可通过构造函数指定公平/非公平
可中断性	不可中断	支持中断（lockInterruptibly()）
条件变量	仅支持 wait()/notify()	支持多个 Condition 对象，更灵活
性能	JDK 1.6 后优化，与 ReentrantLock 接近	高并发下略优，功能更丰富

总结

1. 线程同步的核心是通过锁机制控制共享资源的并发访问，需保证多线程使用同一把锁。
2. synchronized 适合简单场景，隐式管理锁的获取和释放，易用性高。
3. ReentrantLock 适合复杂场景（如公平性控制、中断处理），需手动管理锁，灵活性更高。
4. 无论使用哪种锁，都需注意锁的释放时机，避免死锁（如 sleep() 不释放锁可能导致的问题）。

合理选择同步方式是保证多线程程序正确性和效率的关键。