Java 多線程同步機制詳解：鎖、死鎖與同步粒度

Java 多線程同步核心原理

Java 虛擬機通過 對象鎖 實現同步。每個對象（含 Class 對象與實例對象）天生擁有一把鎖及一個等待集。同步方法或同步塊在進入前必須獲取該鎖，釋放鎖時喚醒等待線程。

1. 同步的兩種形式

• 同步方法：在方法宣告加 synchronized，鎖對象為 this（實例方法）或 Class 對象（靜態方法）。
• 同步塊：synchronized (lockObj) { ... }，鎖對象由開發者指定，粒度更細。

2. 死鎖成因與避免

死鎖發生於多線程循環等待對方持有的鎖。典型場景：

// 線程 1
synchronized (lockA) {
  synchronized (lockB) { ... }
}
// 線程 2
synchronized (lockB) {
  synchronized (lockA) { ... }
}

避免策略：

1. 固定鎖獲取順序（全局有序）。
2. 使用 tryLock(timeout) 代替無限等待。
3. 減少鎖持有範圍，縮短關鍵區。

3. 同步粒度與性能權衡

「粒度越小越好」並非絕對真理：

• 過細：頻繁進出同步塊，JVM 鎖開銷（CAS、內存屏障、上下文切換）抵消並行收益。
• 過粗：關鍵區過長，線程串行化嚴重，吞吐率下降。

最佳實踐：針對熱點鎖進行壓測，在「鎖爭用度」與「關鍵區執行時間」間尋找平衡點。對於高併發計數器，優先考慮 LongAdder 或 AtomicLong 無鎖方案。

4. 等待/通知機制

同步塊內可調用 wait() 釋放鎖並進入等待集，notify()/notifyAll() 喚醒。必須在持有鎖狀態下調用，否則拋 IllegalMonitorStateException。