java锁synchronized面试常问总结

时间:2022-12-07 王有志人气:0

synchronized都问啥？

如果Java面试有什么是必问的，synchronized必定占据一席之地。初出茅庐时synchronized的用法，成长后synchronized的原理，可谓是Java工程师的“一生之敌”。

按照惯例，先来看synchronized的常见问题（在线Excel同步更新中）：

根据统计数据可以总结出synchronized的5大考点：

synchronized的使用方式：
- synchronized是什么？
- synchronized怎么用？
- 不同用法都有什么效果？
synchronized的实现原理：
- synchronized的特性是如何实现的？
- synchronized锁升级的原理。

今天我们先来看synchronized的基础部分。

synchronized是什么？

synchronized是Java中的关键字，提供了原生同步机制，实现互斥语义和可见性保证，通常称为互斥锁。

互斥指的是，当线程获取到锁后，其它试图获取锁的线程只能阻塞；
可见性指的是，synchronized修饰的语句内修改共享变量可以立即被其它线程获取。

互斥就意味着，同一时间只有一个线程执行synchronized修饰的代码，那么：

无论怎么重排序，都会遵循as-if-serial语义，因此synchronized中不存在有序性问题；
不主动释放锁，其他线程无法执行synchronized中代码，无需考虑原子性问题。

因此synchronized中互斥就代表了对有序性问题和原子性问题的保证。不过前提是JSR-133中反复提到的correctly synchronized（正确的同步），举个例子：

public class IncorrectlySynchronized {
    private Integer count = 0;
    public  void add() {
        synchronized (count) {
            count++;
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        IncorrectlySynchronized incorrectlySynchronized = new IncorrectlySynchronized();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                incorrectlySynchronized.add();
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(()-> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                incorrectlySynchronized.add();
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(incorrectlySynchronized.count);
    }
}

看似该加synchronized的地方都加了，但是结果却会出乎意料，这就典型的错误同步的例子。

synchronized锁什么？

既然是锁，那么synchronized锁的是什么呢？

《The Java Language Specification》中描述（节选）到：

Each object in Java is associated with a monitor, which a thread can lock or unlock. The synchronized statement computes a reference to an object; it then attempts to perform a lock action on that object's monitor and does not proceed further until the lock action has successfully completed.

Java中每个对象都与一个监视器关联，线程可以锁定或者解锁该监视器。synchronized语句尝试锁定与对象关联的监视器，锁定成功后才可以继续执行。

通常，我们将synchronized锁定与对象关联的监视器理解为synchronized锁定对象本身。

在我们知道synchronized锁什么后，再去看用法，很多内容就会一目了然了。

synchronized怎么用？

作为关键字，synchronized有两种用法：

修饰代码块
修饰方法
- 修饰成员方法
- 修饰静态方法

之前有个同事特别迷信“背技术”，为了区分不同用法的效果，背了某机构的“线程八锁”，但每过一段时间就会忘记。

其实，知道了synchronized锁什么，不同用法的效果自然就出来了，看一个例子：

public class SynchronizedDemo {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
	    SynchronizedDemo synchronizedDemo = new SynchronizedDemo();
	    Thread t1 = new Thread(synchronizedDemo::lockMemberMethod1);
	    Thread t2 = new Thread(synchronizedDemo::lockMemberMethod2);
	    t1.start();
	    // 确保t1先执行
	    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
	    t2.start();
	}
	private synchronized void lockMemberMethod1() {
	    System.out.println("方法1");
	    try {
	        TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
	    } catch (InterruptedException e) {
	        e.printStackTrace();
	    }
	}
	private synchronized void lockMemberMethod2() {
	    System.out.println("方法2");
	}
}

通过实例变量调用成员方法时，会隐式的传递this。这个例子中，t1和t2想锁定的监视器是谁的？synchronizedDemo对象的。t1先获取到，那么t2只能等待t1释放后再获取了。

那此时的锁定范围是什么？synchronizedDemo对象。

修改下代码：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
	SynchronizedDemo synchronizedDemo = new SynchronizedDemo();
	SynchronizedDemo synchronizedDemo2 = new SynchronizedDemo();
	Thread t1 = new Thread(synchronizedDemo::lockMemberMethod1);
	Thread t2 = new Thread(synchronizedDemo2::lockMemberMethod2);
	t1.start();
	t2.start();
}

t2不再争夺synchronizedDemo而是争夺synchronizedDemo2，结果上也能看出t1和t2之间不存在竞争关系。

那么使用synchronized修饰静态方法和代码块是什么效果呢？

private static synchronized void lockStaticMethod() {
    System.out.println("静态方法！"); 
}
private void lockCodeBlock(int count) {
    synchronized (this) {
        System.out.println("成员方法的代码块！");
    }
}

使用synchronized修饰静态方法，锁定的对象是SynchronizedDemo.class。所有SynchronizedDemo的实例对象共用同一个SynchronizedDemo.class，同一时间不同变量，只有一个线程可以执行lockStaticMethod方法。

至于synchronized修饰代码块，就比较灵活了，括号中是谁就锁定谁。如果是this就锁定实例变量，如果是SynchronizedDemo.class效果就和修饰静态方法一样。

至于前面错误的同步的例子，它的问题是count对象在不断变化（Integer实现相关）的，因此synchronized锁定的并不是同一个对象。

结语

今天的内容非常基础，难度也不大。

重点可以放在synchronized锁什么的部分，以及是如何推导出synchronized不同用法产生的不同效果的。这样的方式更接近于问题的本质，也能更好的举一反三，而不是死记硬背“线程八锁”这种东西。

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