Java面试题:解释synchronized关键字在Java内存模型中的语义

简介: Java面试题:解释synchronized关键字在Java内存模型中的语义

在Java内存模型(Java Memory Model, JMM)中,synchronized关键字是一个内置的同步机制,它确保了对共享资源的访问是线程安全的。synchronized关键字在多线程环境中具有以下几个关键的语义:

  1. 原子性synchronized块或方法可以确保在同一时间只有一个线程可以执行该代码块,从而保证了原子性。
  2. 可见性:当线程A解锁(退出synchronized块)后,线程B能够感知到线程A对共享变量的修改。这是因为synchronized解锁操作会清空工作内存中的共享数据副本,并刷新到主内存中。线程B在进入synchronized块时,

       会从主内存中读取最新的值。

3.有序性synchronized关键字确保了在同一个线程中,synchronized块的执行是有序的,即在进入下一个synchronized块之前,当前synchronized块中的所有操作必须完成。

4.锁的获取与释放:线程在获取synchronized锁之前,必须等待其他线程释放该锁。锁的释放通常发生在synchronized块执行完毕或者抛出异常时。

使用方式

synchronized可以用在方法上,也可以用在代码块上。

  • 同步方法:当synchronized用在方法上时,它锁定的是当前对象实例(this)。
public synchronized void myMethod() {
    // 方法体
}
  • 同步代码块:当synchronized用在代码块上时,可以指定锁定的对象。
public void myMethod() {
    synchronized (this) {
        // 代码块
    }
}

内存模型的语义

在JMM中,synchronized的语义可以通过以下几个方面来进一步理解:

  • 监视器(Monitor)synchronized基于监视器锁实现,每个对象都有一个监视器锁。线程进入synchronized块时尝试获取监视器锁,如果锁被其他线程持有,则等待。
  • 进入和退出:线程在进入synchronized块时执行monitor.enter()操作,在退出synchronized块时执行monitor.exit()操作。
  • 主内存与工作内存:线程对共享变量的所有操作都必须在工作内存中进行,而工作内存中的变量需要与主内存中的变量保持一致。synchronized确保了这一点,当线程解锁时,会将工作内存中的变量刷新到主内存中。
  • happens-before关系synchronized的解锁操作对后续的加锁操作具有happens-before关系,这意味着加锁线程能够看到解锁线程对共享变量所做的修改。
  • 锁重入synchronized允许一个线程多次获取同一个锁,这称为锁的重入。

注意事项

  • synchronized关键字可以导致线程阻塞,如果使用不当,可能会导致死锁。
  • 在某些情况下,synchronized的性能可能不如java.util.concurrent包中的一些并发工具,如ReentrantLock
  • synchronized关键字与volatile关键字配合使用可以实现更复杂的同步机制。

synchronized在Java内存模型中提供了一种简单而强大的同步机制,它通过确保原子性、可见性和有序性,为多线程环境下的共享资源访问提供了基本的线程安全保障。


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