Java多线程同步方法与技巧

本文深入剖析了Java多线程同步中极易被忽视却后果严重的实践陷阱：从synchronized(this)在单例、继承和对象发布场景下的锁边界失控，到volatile无法保障复合操作原子性的根本局限；从ReentrantLock与synchronized在锁释放、公平性、超时和调试可见性上的关键差异，再到ConcurrentHashMap的size()和isEmpty()为何返回“近似值”及其替代方案。文章不止于罗列规则，更引导开发者在每次加锁、读volatile、调用并发容器方法时，主动追问“我真正控制住什么？又放过了什么？”，将同步问题升华为对内存模型、锁作用域和工具设计契约的深度理解。

为什么 synchronized 块里用 this 不一定安全

当多个线程操作同一个对象实例时，synchronized(this) 能保证该对象内临界区互斥；但若类被设计为可被多个不同引用访问（比如 Spring 管理的单例 Bean），或方法被子类重写后暴露了锁对象，就可能让外部代码意外持有同一把锁，造成阻塞扩散或死锁风险。

更常见的是误以为 this 锁能保护静态资源——它完全无效，因为静态成员属于 Class 对象，不是实例。

• 只对当前实例有效，不作用于静态字段或其它实例
• 如果对象被发布到多处（如作为参数传入、放入集合、被监听器引用），锁的边界就不可控
• 推荐改用私有 final 对象锁：private final Object lock = new Object();，明确锁的作用域

volatile 不能替代 synchronized 的三种典型场景

volatile 只保证可见性和禁止指令重排序，不提供原子性。以下情况它完全无法解决同步问题：

• 复合操作：如 counter++（读-改-写三步），即使 counter 是 volatile，仍会丢失更新
• 依赖检查再执行（check-then-act）：如 if (list.isEmpty()) list.add(x);，判断和添加之间存在竞态窗口
• 多个变量协同变化：如 ready = true; data = 42;，仅给 ready 加 volatile 不能确保 data 对其他线程及时可见（需 volatile + happens-before 链，或用锁）

ReentrantLock 和 synchronized 的关键取舍点

两者都支持可重入，但行为差异直接影响编码方式和错误排查路径：

• synchronized 自动释放锁（JVM 保证），ReentrantLock 必须显式在 finally 块中调用 unlock()，漏写会导致永久阻塞
• ReentrantLock 支持公平锁（构造时传 true），但性能显著下降；synchronized 非公平且不可配置
• ReentrantLock 提供 tryLock(long, TimeUnit)，可避免无限等待；synchronized 无超时机制，只能靠中断配合 wait()
• 调试时，synchronized 的锁信息在 jstack 中显示为 - locked <0x...>，而 ReentrantLock 显示为 java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$Node，定位更难

ConcurrentHashMap 的 size() 和 isEmpty() 为什么不准

ConcurrentHashMap 为高并发设计，内部采用分段锁或 CAS，size() 和 isEmpty() 返回的是**近似值**，不加全局同步就无法精确统计：

• size() 在 JDK 8+ 中是遍历所有 bin 并累加，但过程中其他线程可能正在增删，结果可能偏高或偏低
• isEmpty() 只检查第一个 bin 是否为空，其余段未扫描，返回 true 时未必真空
• 若业务强依赖精确大小（如限流、批处理终止条件），应改用 mappingCount()（返回 long，仍是估算，但比 size() 更准），或引入额外计数器（用 AtomicLong 配合所有写操作）

Map<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
// ❌ 不可靠
if (map.size() > 1000) {
    // 可能刚过 1000 就被清空
}
<p>// ✅ 更稳妥（仍非绝对精确，但语义更清晰）
if (map.mappingCount() > 1000L) {
// ...
}</p>

锁的粒度、可见性边界、工具类的“近似性”——这些不是文档里写清楚就能避开的坑，而是每次加锁、每次读 volatile、每次调 size() 时，得在脑子里多问一句：“此刻我真正控制住什么？又放过了什么？”

本篇关于《Java多线程同步方法与技巧》的介绍就到此结束啦，但是学无止境，想要了解学习更多关于文章的相关知识，请关注golang学习网公众号！