Synchronized

synchronized 是什麼

synchronized是 java 提供的原子性內置鎖，實現基本的同步機制，不支持超時，非公平，不可中斷，不支持多條件，基於 JVM 的 Monitor（監視鎖）機制實現，主要解決的是多個線程之間的訪問資源的同步性，可以保證被它修飾的方法或者代碼塊在任意時刻只有一個線程執行，以及保證：

• 原子性
• 可見性
• 有序性

監視器鎖（Monitor）是 JVM 內置的鎖機制，開發者無法直接操作 Monitor，只能通過 synchronized 間接使用它。Monitor 的獲取與釋放對開發者是不可見的，由 JVM 自動管理

synchronized還是排它鎖，當一個線程獲得鎖之後，其他線程就必須等到該線程釋放鎖之後才能獲得鎖，由於java中的線程和操作系統原生線程一一對應，線程被阻塞或者喚醒的時候會從用户態轉換為內核態，這種轉換非常消耗性能。

synchronized 的可重入性

synchronized是可重入的，每獲取一次鎖，計數器加一，釋放鎖時，計數器減一，直到計數器為 0，鎖才會真正釋放。

ReentrantLock

ReentrantLock是 JUC（java.util.concurrent.locks）提供的一個可重入鎖、可中斷、公平鎖/非公平鎖任選的顯式鎖（Explicit Lock）

ReentrantLock 鎖模式

非公平鎖（默認）

獲取鎖的時候會“插隊”，性能高，吞吐量大

公平鎖

FIFO，先來先獲取鎖，但是性能比非公平鎖低

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);  // true = 公平鎖

ReentrantLock的能力

ReentrantLock底層實現主要是依賴於抽象類AbstractQueuedSynchronizer(AQS)，該類提供了基本同步機制的框架，其中包含了隊列，狀態值等。

1、tryLock() – 嘗試獲得鎖，不等待

if (lock.tryLock()) {
    try { ... } finally { lock.unlock(); }
} else {
    System.out.println("獲取鎖失敗");
}

作用：防止線程永久等待 → 適合高性能場景（比如秒殺系統）

2、tryLock(timeout) – 超時獲取鎖

if (lock.tryLock(2, TimeUnit.SECONDS)) {
    try { ... } finally { lock.unlock(); }
}

作用：避免長時間等待，適用於讀寫混用、高併發業務。

3、lockInterruptibly – 可中斷獲取鎖

try {
    lock.lockInterruptibly();
    try { ... } finally { lock.unlock(); }
} catch (InterruptedException e) {
    System.out.println("線程被中斷，放棄等待鎖");
}

作用：在等待鎖期間可取消任務，適用於死鎖檢測等場景。

4、多條件隊列 – Condition

相比於synchronized只有一個wait-set，而ReentrantLock可以創建多個Condition

Condition condition = lock.newCondition();

作用：實現更復雜的線程通信（比如生產者 / 消費者 多條件控制）。

Synchronized VS. ReentrantLock

volatile

volatile 的作用

主要保證變量的可見性和禁止指令重排優化，但是不能保證原子性

1、可見性（Visibility）

多個線程讀寫共享變量，如果不加 volatile：

• 線程可能讀取到 舊值（因為線程讀的是工作內存副本）
• volatile 讓線程每次讀取都從 主內存 讀

避免線程間由於緩存一致性問題導致的 “看見” 舊值的現象。

2、禁止指令重排序（ordering）

volatile 會插入內存屏障（Memory Barrier），例如：

• LoadLoad
• StoreStore
• StoreLoad（最強）

從而阻止 JVM 和 CPU 進行重排序

Synchronized VS. volatile

volatile 只保證可見性 + 禁止重排；synchronized 保證原子性 + 可見性 + 有序性。
volatile 是“輕量級讀寫”；synchronized 是“重量級加鎖”。

The end….