Java并发编程：synchronized详解与线程安全问题

Java并发编程中的synchronized关键字是Java提供的一种内置的线程同步机制，用于解决多线程环境下的线程安全问题。synchronized确保同一时间只有一个线程能够执行特定的代码块，从而保证了对共享资源的互斥访问。 1. **何时出现线程安全问题** 线程安全问题通常出现在多线程环境中，当多个线程共享同一资源，且这些资源的状态会受到线程操作的影响时。例如，上述例子中，两个线程同时检查并尝试插入数据库的数据，导致数据的不一致性。这种情况下，数据的读取和写入就成为了临界资源，需要进行保护。 2. **synchronized关键字的使用** synchronized有两种主要的使用方式：同步方法和同步代码块。 - **同步方法**：通过在方法声明前加上synchronized关键字，整个方法会被视为同步的。这意味着每次只有一个线程能执行该方法。例如： ```java public synchronized void method() { // 临界资源访问代码 } ``` - **同步代码块**：使用synchronized关键字包裹一段代码，指定一个监视器对象（通常是共享资源的实例），确保同一时间只有一个线程能执行该代码块。例如： ```java public void method() { synchronized (sharedResource) { // 临界资源访问代码 } } ``` 这里的`sharedResource`是共享资源的引用，确保了对它的操作是线程安全的。 3. **synchronized的工作原理** synchronized通过Java虚拟机的锁机制实现，当一个线程进入同步代码块或同步方法后，它会获取到监视器对象的锁。其他试图进入的线程必须等待锁的释放，直到当前线程执行完毕并释放锁后，其他线程才能获得锁并执行相应的代码。 4. **synchronized的特性** - **互斥性**：在同一时刻，只有一个线程能执行同步代码，保证了线程安全。 - **可见性**：线程在同步块内修改的变量值，对于其他线程是立即可见的，避免了数据的不一致。 - **有序性**：synchronized保证了控制语句的有序执行，防止指令重排序。 5. **死锁和性能考虑** 虽然synchronized提供了线程安全，但过度使用可能导致性能下降，甚至引发死锁。死锁是指两个或多个线程互相等待对方释放资源，导致所有线程都无法继续执行。因此，在设计并发程序时，需要谨慎地使用synchronized，并结合其他并发控制工具，如ReentrantLock、Semaphore等。 6. **volatile关键字** 在某些情况下，如果仅需要保证变量的可见性和防止指令重排序，可以使用volatile关键字，它比synchronized的开销小，但无法保证原子性。 Java的synchronized关键字是解决线程安全问题的重要手段，通过它能确保对共享资源的正确访问，防止数据不一致性和竞态条件的发生。然而，合理地使用和理解其背后的锁机制对于编写高效、安全的并发代码至关重要。