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面试官: synchronize 如何保证原子性、可见性、有序性的?
我回答:
在Java多线程编程中，synchronized关键字是一种常用的同步机制，用于确保线程安全。它通过保证原子性、可见性和有序性，来防止多线程环境下的数据竞争和一致性问题。下面将详细解释synchronized如何保证这三个特性：
1. 原子性（Atomicity）
定义: 原子性是指一个操作或一系列操作要么全部执行，要么全部不执行，中间不会被其他线程打断。synchronized通过以下方式保证原子性：
- 互斥锁（Mutex Lock）：当一个线程持有某个对象的
synchronized锁时，其他线程无法访问该对象的同步代码块或同步方法。这确保了同一时间只有一个线程可以执行这些代码，从而保证了操作的原子性。 - 方法级别的锁：
synchronized可以修饰实例方法或静态方法。修饰实例方法时，锁是当前实例对象；修饰静态方法时，锁是当前类的Class对象。 - 代码块级别的锁：通过
synchronized(lockObject)代码块，可以手动指定锁对象，这提供了更灵活的锁定机制。
2. 可见性（Visibility）
定义: 可见性是指当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即看到这个修改的值。synchronized通过以下方式保证可见性：
- Java内存模型（JMM）：
synchronized关键字遵循Java内存模型的“先发生关系”（Happens-Before）规则。当一个线程释放锁时，它会将修改后的变量值刷新到主内存中，使得其他线程能够看到最新的值。 - 锁的释放与获取：当一个线程获取锁时，它会从主内存中读取最新的变量值到自己的工作内存中；当一个线程释放锁时，它会将工作内存中的最新值刷新到主内存中。
3. 有序性（Ordering）
定义: 有序性是指程序执行的顺序按照代码的顺序进行。由于Java编译器和处理器可能会对指令进行重排序以提高性能，这可能导致多线程环境下的执行顺序与代码顺序不一致。synchronized通过以下方式保证有序性：
- 重排序限制：
synchronized关键字会创建一个“同步块”（Synchronized Block），在这个块内，编译器和处理器不会进行指令重排序。这确保了同步块内的代码按照代码顺序执行。 - Happens-Before规则：
synchronized的获取和释放锁操作是Java内存模型的Happens-Before关系的一部分。这意味着在锁的释放操作之前对共享变量的修改，在锁的获取操作之后对共享变量的读取，都是可见的，并且是按照代码顺序发生的。
总结
Synchronized 关键字通过以下方式实现了原子性、可见性和有序性：
- 原子性：通过锁定机制，确保同一时刻只有一个线程可以访问同步区域，从而避免了竞态条件。
- 可见性：通过内存屏障，确保线程间的共享变量更新是可见的。
- 有序性：通过
happens-before关系，确保了特定操作之间的执行顺序，防止了指令重排序带来的问题。
synchronized关键字通过互斥锁、遵循Java内存模型的Happens-Before规则以及限制指令重排序，来确保多线程环境下的原子性、可见性和有序性。这些特性使得synchronized成为Java中一种强大且常用的同步机制，用于保护共享资源和避免数据竞争。