Synchronized底层原理解析 - 锁升级的过程

# 1. 介绍

## 1.1 引言

在并发编程中，多个线程同时访问共享资源可能导致数据不一致的问题。为了保证数据的正确性，需要使用同步机制来进行线程间的协调和互斥操作。本文将介绍同步机制的基本概念和Synchronized关键字的使用，以及其底层原理和锁的升级过程。

## 1.2 目的

本文的目的是帮助读者理解同步机制的基本概念和Synchronized关键字的使用，并深入了解Synchronized的底层原理和锁的升级过程。通过学习本文，读者将能够更好地编写并发安全的程序，并优化程序的性能。

接下来，我们将逐步介绍同步机制的基本概念和Synchronized关键字的使用。

# 2. 同步机制简介

### 2.1 什么是同步

在多线程编程中，同步指的是在多个线程访问共享资源时对其进行协调和互斥，以保证数据的一致性和线程安全性。在并发环境中，如果多个线程同时访问和修改共享资源，可能会引发数据错误或不一致的问题。因此，通过同步机制可以控制线程的访问顺序，确保共享资源的正确读写。

### 2.2 同步机制的分类

同步机制可以根据不同的实现方式进行分类，常见的同步机制有：

- **互斥锁**：通过互斥锁来保护临界区，即同一时间只允许一个线程访问临界区代码。互斥锁通常使用互斥体(mutex)来实现。

- **条件变量**：用于线程之间的通信和协调，可以让一个线程等待某个条件满足后再进行操作。

- **信号量**：用于控制多个线程对共享资源的访问，可以设置访问资源的线程数目。

- **读写锁**：对于读多写少的场景，可以使用读写锁来提高并发性。

- **原子变量**：提供了一种无锁的线程安全机制，通过原子操作来保证数据的一致性。

不同的同步机制适用于不同的场景，需要根据具体的需求选择合适的同步策略。

以上是同步机制简介的内容，接下来我们将深入讨论Synchronized关键字的基本使用。

# 3. Synchronized关键字的基本使用

在并发编程中，Synchronized关键字是一种用于保护共享资源的同步机制。通过使用Synchronized关键字，可以确保在同一时间只有一个线程可以访问被保护的代码块，从而避免并发访问导致的数据不一致性和线程安全问题。

#### 3.1 Synchronized关键字的语法

Synchronized关键字可以用于不同的上下文中，包括方法和代码块。下面是Synchronized关键字在不同上下文中的语法：

- 用于方法的同步：

public synchronized void myMethod() {
    // synchronized code
}

- 用于代码块的同步：

public void myMethod() {
    synchronized (obj) {
        // synchronized code
    }
}

以上语法中，关键字`synchronized`用于修饰方法或代码块，括号中的`obj`是一个用于作为锁对象的引用。只有持有相同锁对象的线程才能同时执行被`synchronized`修饰的代码。

#### 3.2 Synchronized关键字的使用场景

Synchronized关键字主要用于解决并发访问共享资源的线程安全问题。下面是两种常见的使用场景：

1. 针对实例方法的同步：
当多个线程共享一个对象的实例方法时，可以使用Synchronized关键字来保护该方法，确保同一时间只有一个线程可以调用该方法。

public class MyThread implements Runnable {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            increment();
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread myThread = new MyThread();
        Thread thread1 = new Thread(myThread);
        Thread thread2 = new Thread(myThread);

        thread1.start();
        thread2.start();

        thread1.join();
        thread2.join();

        System.out.println("Result: " + myThread.getCount());
    }
}

上述代码中，两个线程共享一个MyThread对象，每个线程都执行1000次increment方法，通过使用Synchronized