Java线程同步与互斥全解析

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互斥指同一时刻仅一个线程访问共享资源，Java通过synchronized和ReentrantLock实现；同步则强调线程间协调，如wait/notify、CountDownLatch等，用于控制执行顺序。互斥是同步的特例，同步涵盖更广的线程协作场景，需根据实际需求选择合适机制以避免竞态条件并减少性能开销。

在Java中，同步和互斥是多线程编程中的核心概念，用于确保多个线程在访问共享资源时不会出现数据不一致或竞态条件的问题。理解这两个概念的关键在于搞清楚它们的目的、实现方式以及在实际开发中的应用场景。

什么是互斥

互斥指的是在同一时刻，只允许一个线程访问某个共享资源。它的目的是防止多个线程同时修改同一数据，导致结果不可预测。比如多个线程同时对一个变量进行自增操作，如果没有互斥机制，最终的结果可能比预期小。

在Java中，实现互斥的主要手段包括：

• 使用 synchronized 关键字修饰方法或代码块
• 使用 ReentrantLock 等显式锁
• JVM通过对象的内置锁（monitor lock）来保证同一时间只有一个线程能进入被保护的代码区域

什么是同步

同步不仅包含互斥，还强调线程之间的协调与顺序控制。它解决的是线程间的协作问题，比如一个线程需要等待另一个线程完成某项任务后才能继续执行。

例如生产者-消费者模型中，生产者生成数据后通知消费者，消费者在没有数据时应等待。这种“等待-通知”机制就是同步的一部分。

Java中常见的同步工具包括：

• wait() 和 notify() / notifyAll() 配合 synchronized 使用
• CountDownLatch：让一个线程等待多个操作完成
• CyclicBarrier：让多个线程互相等待到达某个点后再继续
• Semaphore：控制并发线程的数量

synchronized 的工作原理

Java中每个对象都有一把锁。当一个线程进入 synchronized 方法或代码块时，必须先获取该对象的锁，其他试图进入的线程会被阻塞，直到锁被释放。

示例：

这里 synchronized 确保了任意时刻只有一个线程可以执行 increment() 方法，实现了对 count 变量的互斥访问。

同步与互斥的关系

互斥是同步的一种特例。所有互斥都是同步操作，但同步不一定只是为了互斥。同步更广义，包含了线程间的有序执行、状态传递和协调配合。

简单来说：

• 互斥关注“谁可以进来”——避免同时访问
• 同步关注“什么时候进来”——控制执行时机和顺序

基本上就这些。掌握 synchronized 的使用、理解 wait/notify 机制、熟悉常用的并发工具类，就能在实际开发中有效处理多线程的同步与互斥问题。关键是根据场景选择合适的工具，避免过度同步带来的性能损耗。

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