Java线程同步：避免死锁与wait/notify机制

"Java线程同步是多线程编程中的重要概念，主要目的是解决多个线程并发访问共享数据时可能出现的竞态条件和死锁问题。本教程将深入讲解线程同步的相关知识点，包括基本原理、示例以及锁的管理。" 在Java编程中，线程同步是一个关键的概念，它涉及到多线程环境下对共享资源的访问控制。当多个线程尝试同时修改同一数据时，如果不加以控制，可能会导致数据的不一致性和意外错误。例如，两个线程可能同时读取并修改一个变量，从而导致数据的混乱。因此，Java提供了线程同步机制来确保线程安全。 1. **线程同步示例**： 在Java中，可以使用`synchronized`关键字来实现线程同步。当一个方法或者代码块被`synchronized`修饰时，它会被赋予一个对象级别的互斥锁。这意味着在同一时间，只有一个线程能够执行该同步块内的代码。例如，如果两个线程试图访问同一个`synchronized`方法，那么只有一个线程能够进入，其他线程必须等待直到锁被释放。 2. **线程锁的释放**： - 当线程执行完`synchronized`代码块后，会自动释放锁。 - 如果`synchronized`代码块中抛出异常，锁也会立即释放。 - 调用`wait()`方法会让当前线程放弃锁并进入等待状态，直到其他线程调用`notify()`或`notifyAll()`唤醒它。 - `sleep()`方法不会释放锁，线程只是暂时休眠，醒来后仍然持有锁。 3. **死锁**： 死锁是指两个或多个线程互相等待对方释放资源而陷入的一种僵局。防止死锁通常需要遵循一些原则，如避免循环等待、设置超时或使用死锁检测算法。 4. **wait()、notify()和notifyAll()**： 这些方法是Object类的成员，用于线程间的通信。`wait()`使当前线程等待，直到其他线程调用`notify()`或`notifyAll()`来唤醒它。`notify()`随机唤醒一个等待该对象的线程，而`notifyAll()`则唤醒所有等待的线程。 5. **高级同步机制**： 除了`synchronized`关键字，Java还提供了其他高级同步工具，如`ReentrantLock`（可重入锁）、`Semaphore`（信号量）和`CyclicBarrier`（循环屏障）等，它们提供了更灵活的控制方式，以适应不同的同步需求。 6. **线程同步的代价**： 虽然线程同步能保证数据的一致性，但过度使用或不恰当的同步可能导致程序性能下降，因为线程可能频繁地阻塞和等待。因此，合理设计同步策略，尽可能减少锁的使用范围，是优化多线程程序的关键。 7. **线程安全的数据结构**： Java集合框架提供了一些线程安全的类，如`ConcurrentHashMap`、`Vector`和`CopyOnWriteArrayList`，它们在内部实现了线程同步，允许在多线程环境下安全地进行操作。 通过理解和熟练应用这些线程同步技术，开发者可以创建出高效且可靠的多线程应用程序，确保在并发环境下的正确性和性能。