深入理解Java的synchronized与CAS机制

"synchronized关键字和并发编程相关的技术" 在Java多线程编程中，`synchronized`关键字扮演着至关重要的角色，它用于控制对共享资源的访问，防止数据的不一致性。早期的`synchronized`被称作重量级锁，因为它涉及到操作系统层面的锁机制，当一个线程获取锁时，其他线程必须进入内核态等待，这会导致较大的性能开销。 当一个线程执行`synchronized`同步代码块或方法时，会尝试获取对象头中的锁状态。如果锁已被其他线程持有，当前线程会被挂起，进入内核等待队列，直到锁被释放并重新调度。这种机制确保了在同一时刻，只有一个线程能够执行特定的同步代码。 随着并发技术的发展，Java引入了轻量级锁的概念，如使用`CompareAndSwap`（CAS）操作的无锁或自旋锁。CAS操作是一种原子操作，它允许一个线程检查并更新某个内存位置的值，只有当预期的值与实际值相匹配时才会执行更新。在`synchronized`锁升级的过程中，如果锁竞争不激烈，会尝试使用CAS来避免线程阻塞，这就是所谓的自旋锁。自旋锁的基本思想是，如果持有锁的线程很快就释放了锁，那么等待的线程就不需要进入内核等待，而是简单地循环检查锁的状态，直到获得锁。 然而，CAS操作并非没有问题，其中最著名的便是ABA问题。例如，一个线程读取到A值，然后另一个线程将其更改为B，再改回A，这时CAS操作会认为值未发生变化而成功，但实际上值已经被修改过。为了解决这个问题，可以使用版本号或者原子引用（如`AtomicStampedReference`）来记录每次修改的版本信息。 `AtomicInteger`类是Java并发包中提供的一种原子操作类，它的`incrementAndGet()`方法利用CAS实现线性化视图，保证在高并发环境下安全地增加整数值。内部的`compareAndSet()`方法就是CAS操作的实现，它通过`Unsafe`类提供的底层原生方法来完成原子更新。 `Unsafe`类是Java的一个内部类，提供了对内存的直接访问和一些原生操作，包括CAS操作。由于其强大的能力，`Unsafe`通常被用来实现高性能的并发组件，但同时也存在一定的风险，因为它绕过了Java的内存模型和安全性机制。在实际开发中，除非有特殊需求，否则一般不推荐直接使用`Unsafe`。 `synchronized`、CAS、自旋锁以及`Unsafe`都是Java并发编程中关键的工具和技术，它们各自有不同的适用场景和优缺点。理解和掌握这些概念对于编写高效、安全的多线程程序至关重要。在设计并发代码时，需要根据具体的应用需求和性能考虑，灵活选择合适的同步策略。