14. synchronized关键字在多线程环境下的使用准则

# 1. 多线程编程基础

## 1.1 多线程概念简介

在计算机领域，多线程是指一个进程（程序）内部包含多个顺序执行流的机制。每个执行流都称为一个线程，这些线程共享程序的内存空间和一些进程资源，但是每个线程拥有独立的栈空间和私有的寄存器上下文。多线程能够提高程序的运行效率，充分利用多核处理器的优势，实现并发执行。

## 1.2 多线程环境下的数据竞争问题

在多线程编程中，由于多个线程同时访问共享资源，可能会导致数据不一致性的问题，这种问题称为数据竞争。数据竞争可能会导致程序崩溃、死锁或者产生不可预料的结果，严重影响程序的正确性和稳定性。

## 1.3 线程安全性和共享资源管理

为了确保多线程环境下程序的正确性和稳定性，需要保证对共享资源的访问是安全的。线程安全性是指多个线程访问共享资源时，不会导致数据不一致或者出现意外的情况。合理管理共享资源，采用适当的同步机制是确保线程安全的重要手段。

# 2. synchronized关键字介绍

在多线程编程中，synchronized关键字是一种常见的用于确保线程安全的方法。本章将介绍synchronized关键字的概念、作用，以及其在多线程环境下的用法和语法。

### 2.1 synchronized关键字的概念和作用

在多线程环境中，多个线程可能同时访问共享的资源，如果对共享资源的访问不加以控制，就可能导致数据不一致性或冲突。synchronized关键字可以用于对代码块或方法进行同步，确保在同一时刻最多只有一个线程执行被synchronized关键字保护的代码，从而避免多个线程同时访问共享资源的问题。

### 2.2 synchronized关键字的用法和语法

#### 2.2.1 修饰方法

public synchronized void synchronizedMethod() {
    // 同步代码块
}

上述代码中，使用synchronized关键字修饰了一个方法，表示该方法是同步的，只能被一个线程访问。

#### 2.2.2 修饰代码块

public void someMethod() {
    // 非同步代码

    synchronized (lockObject) {
        // 需要同步的代码块
    }

    // 非同步代码
}

在这个例子中，synchronized关键字被用于同步代码块，通过在代码块内部指定一个对象（通常是一个专门的锁对象），来确保同一时刻只有一个线程可以访问被synchronized关键字保护的代码块。

### 2.3 synchronized方法和synchronized代码块的区别

在使用synchronized关键字时，同步方法和同步代码块有着不同的作用和使用场景。

- 同步方法：适用于对整个方法体进行同步控制，当需要同步的代码涵盖整个方法时，可以直接使用同步方法。
- 同步代码块：适用于对部分代码进行同步控制，当只有部分代码需要同步时，可以使用同步代码块，这样可以减小锁的粒度，降低线程间的竞争，从而提高并发性能。

在接下来的章节中，我们将进一步探讨synchronized关键字的使用准则，以及如何优化锁的粒度来提高并发性能。

# 3. synchronized关键字的使用准则

在多线程编程中，使用synchronized关键字是一种常见的方式来确保线程安全。然而，在使用synchronized时需要遵循一些准则，以确保其有效性和合理性。

#### 3.1 合理选择synchronized的作用域

在使用synchronized时，需要合理选择其作用域，以确保只有必要的代码块或方法被同步。过度使用synchronized会导致性能下降和线程间竞争，因此需要仔细考虑在哪些地方使用synchronized关键字。

public class SynchronizedDemo {
    private int count = 0;

    // 锁住整个方法
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    // 锁住代码块
    public void performMultipleUpdates() {
        synchronized (this) {
            count++;
            // 其他操作
            count--;
        }
    }
}

在上面的示例中，`increment`方法和`performMultipleUpdates`方法都使用了synchronized关键字，但需要根据具体情况来判断是否需要同步整个方法或仅需要同步部分代码块。

#### 3.2 避免过度使用synchronized

过度使用synchronized会导致性能下降，因此应该避免不必要的同步操作。在一些情况下，可以通过重构和优化代码来避免使用synchronized，例如使用线程安全的数据结构或采用无锁的并发编程方式。

public class ConcurrentCount {
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public void increment() {
        count.incrementAndGet();
    }
}

在上面的示例中，通过使用`AtomicInteger`类，避免了对`increment`方法进行显式的同步，从而提高了并发性能。

#### 3.3 考虑synchronized关键字的性能影响

在使用synchronized时需要考虑其对性能的影响，特别是在高并发场景下。频繁的竞争和锁争用会导致性能下降，因此需要评估同步操作的频率和影响范围，以及对性能的影响进行权衡和优化。

public class PerformanceTest {
    private static int count = 0;

    public synchronized vo