Java中的线程间通信方式对比：synchronized与Lock

# 1. 介绍

## 1.1 什么是线程间通信

线程间通信是指多个线程之间进行信息传递和数据共享的过程。在多线程编程中，不同的线程可能需要相互协调、互相配合，完成特定的任务。线程间通信就是为了实现线程之间的协作，以达到正确、有效地完成任务的目的。

线程间通信主要涉及到线程的状态互斥、协作和数据同步等问题。因为各个线程是并发执行的，它们之间可能会出现资源竞争、数据不一致等问题。通过合理的线程间通信机制，可以避免这些问题的发生，提高程序的可靠性和效率。

## 1.2 线程间通信的重要性

在多线程编程中，线程间通信是非常重要的一部分。在实际开发中，通常会遇到需要多个线程之间相互配合、协同工作的情况。例如，一个线程生产数据，另一个线程消费数据；多个线程需要实现同步的操作；多个线程需要共享同一个资源等等。

线程间通信的重要性体现在两个方面。首先，线程间通信可以提高程序的执行效率和并发性。通过合理的线程间通信机制，可以使得多个线程并发执行，充分利用多核处理器的性能，提高程序的运行效率。其次，线程间通信可以确保多个线程之间的正确协作，保证数据的一致性和正确性，避免竞态条件和死锁等问题的发生。

## 1.3 目的与意义

线程间通信的目的是为了解决多线程并发执行时可能出现的资源竞争、数据不一致等问题，保证多个线程之间的正确协作和数据的正确性。线程间通信的意义在于提高程序的并发性和效率，减少资源的浪费，保证程序的正确性和可靠性。

通过合理的线程间通信机制，可以实现不同线程之间的互斥、同步和协作，避免数据的冲突和错误。线程间通信为多线程编程提供了一种有效的手段，使得多个线程可以相互配合、协同工作，共同完成特定的任务。同时，线程间通信也是多线程编程的难点和重点，在实际开发中需要仔细设计和实现。

在接下来的章节中，我们将介绍线程间通信的具体实现方式和技术，并比较它们的优缺点及适用场景。

# 2. synchronized关键字

### 2.1 synchronized的作用和用法

synchronized关键字是Java中用于实现线程同步的关键字之一。它可以用于修饰方法或代码块，确保在同一时间只有一个线程可以进入被synchronized修饰的方法或代码块，从而保证线程的安全性。

#### 2.1.1 修饰方法

当synchronized修饰一个方法时，该方法被称为同步方法。每个类的实例对象都拥有一个相关的监视器锁（也称为内置锁或互斥锁），当线程调用这个同步方法时，就必须先获取该对象的监视器锁，只有获得锁的线程才能执行该方法，其他线程则必须等待锁释放后才能继续执行。

public synchronized void synchronizedMethod() {
    // 同步方法体
}

#### 2.1.2 修饰代码块

除了修饰方法，synchronized关键字还可以修饰代码块。通过在方法内部使用synchronized关键字修饰代码块，可以细化锁的粒度，提高并发性能。

private Object lock = new Object();

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

### 2.2 synchronized的实现原理

synchronized关键字的原理是基于Java对象头中的标志位实现的。当一个线程尝试获取某个对象的锁时，会检查该对象的标志位。如果标志位表示已被其他线程持有，那么当前线程就被阻塞，直到对象的锁被释放。而持有锁的线程在执行完同步代码块或同步方法后，会释放锁，并唤醒等待该锁的线程。

### 2.3 synchronized的优点与缺点

#### 2.3.1 优点

- 简单易用：使用synchronized关键字可以很方便地实现线程同步，无需手动处理锁的申请和释放。
- 内置支持：synchronized是Java的内置关键字，因此具备天然的跨平台性和语言级别的支持。

#### 2.3.2 缺点

- 效率相对较低：synchronized关键字在每次执行前都需要进行加锁和解锁操作，这些操作会带来一定的性能开销。
- 无法中断：一旦一个线程进入了synchronized代码块，其他需要获取锁的线程只能等待，无法中断。

### 2.4 synchronized在多线程通信中的应用案例

下面是一个使用synchronized实现生产者-消费者模型的例子。通过共享的队列实现生产者向消费者传递数据。

import java.util.LinkedList;

public class ProducerConsumer {
    private LinkedList<Integer> queue = new LinkedList<>();
    private final int MAX_SIZE = 10;

    public void produce() {
        while (true) {
            synchronized (queue) {
                while (queue.size() == MAX_SIZE) {
                    try {
                        queue.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                queue.add(1);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " produced 1");

                queue.notifyAll();
            }

            try {
                Thread.sleep(1000);