Java线程同步哪几种方式?什么情况下用哪种方式?

# 一、核心分类与什么时候用 ## 1) 互斥锁 / 条件等待 * **`synchronized`**（内置锁） * 用在：简单临界区、可重入、无须中断/超时/多条件队列。 * 优点：语法最简单，JIT 优化成熟；异常时自动释放。 * 不足：无法 `tryLock/lockInterruptibly`，无法多个条件队列。 * **`ReentrantLock`**（AQS） * 用在：需要**可中断获取**、**可超时**、**可公平**、**多 `Condition`** 或需要与 `tryLock` 结合做降级/回退。 * 写法：`lock(); try { ... } finally { unlock(); }` * 还能配 `Condition` 做精准的 `await()/signal()`。 * **`wait/notify`**（基于 `synchronized` 的条件等待） * 用在：历史代码/极简场景。新代码优先 `Condition`。 * 要点：必须在持有该对象监视器时调用；配合 `while` 循环防虚假唤醒。 ## 2) 读写与乐观读 * **`ReentrantReadWriteLock`**（AQS） * 用在：**读多写少**、读操作较重、可容忍写时阻塞所有读。 * 要点：避免在持锁期间做 IO/远程调用。 * **`StampedLock`**（乐观读） * 用在：极端**读多写极少**、读路径很短、可接受读校验失败重读。 * 要点：**不可重入**、无条件队列、对中断支持一般，慎用在复杂调用链。 ## 3) 无锁 / 原子变量（CAS） * **`volatile`** * 用在：只需**可见性/有序性**的标志位（如停止标记）、DCL 单例的引用。 * 注意：不保证复合操作原子性（自增、自减等）。 * **`Atomic*` / `AtomicReference` / `VarHandle`** * 用在：轻量原子更新、状态机、锁竞争高但临界区极短。 * 例：`compareAndSet`、原子指针交换。 * **`LongAdder` / `DoubleAdder`** * 用在：高并发计数/累计（如 QPS/计数器），比 `AtomicLong.incrementAndGet()` 冲突更小。 ## 4) 协作型同步器 * **`Semaphore`**（AQS） * 用在：限流/连接池许可、控制并发度（N 把“许可证”）。 * **`CountDownLatch`**（AQS） * 用在：**一次性**等待多个任务结束（主线程等待 N 个子任务完成）。 * **`CyclicBarrier`** * 用在：**阶段性**对齐（N 个线程“到齐”再一起进入下一阶段）。 * **`Phaser`** * 用在：更灵活的多阶段协作（动态注册/注销参与方）。 * **`Exchanger`** * 用在：两线程间成对交换数据（如生产/清洗两阶段批处理）。 ## 5) 队列/并发容器（用“消息”代替锁） * **`BlockingQueue`**（`ArrayBlockingQueue`、`LinkedBlockingQueue`、`SynchronousQueue`、`LinkedTransferQueue`） * 用在：生产者-消费者，解耦 + 背压最稳。 * 选型：小而固定→`ArrayBlockingQueue`；大而弹性→`LinkedBlockingQueue`；零缓存直连→`SynchronousQueue`；有“直传”→`LinkedTransferQueue`。 * **并发集合**：`ConcurrentHashMap`、`ConcurrentLinkedQueue`、`CopyOnWriteArrayList` * 用在：Map 并发读写（`computeIfAbsent/putIfAbsent`）、高读少写的快照读（COW）。 * **`ThreadLocal`**（规避共享） * 用在：每线程独享状态（日期格式器、缓冲区），**不是同步**，是避免共享从而不需要同步。 # 二、怎么选（速查） * **临界区简单 & 需求普通** → `synchronized`。 * **需要可中断/可超时/公平/多条件队列** → `ReentrantLock`(+ `Condition`)。 * **读多写少** → `ReentrantReadWriteLock`；读极多写极少且读很短 → `StampedLock` 乐观读。 * **高并发计数** → `LongAdder`；**单点状态原子更新** → `Atomic*`/`AtomicReference`。 * **限流/资源并发数** → `Semaphore`。 * **主线程等 N 个子任务** → `CountDownLatch`。 * **多线程分阶段齐步走** → `CyclicBarrier` / `Phaser`（阶段多、参与者可变选 `Phaser`）。 * **生产者-消费者/解耦** → `BlockingQueue`（优先用队列代替人工 `wait/notify`）。 * **两线程互换批次数据** → `Exchanger`。 * **能不共享就不共享** → `ThreadLocal`/不可变对象/消息传递。 # 三、精简代码片段 ```java // ReentrantLock + tryLock 超时 ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); if (lock.tryLock(50, TimeUnit.MILLISECONDS)) { try { /* 临界区 */ } finally { lock.unlock(); } } else { /* 降级/丢弃/排队 */ } // 多条件队列 class BoundedBuffer<T> { final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); final Condition notFull = lock.newCondition(), notEmpty = lock.newCondition(); final Object[] buf = new Object[100]; int put, take, count; void put(T x) throws InterruptedException { lock.lock(); try { while (count == buf.length) notFull.await(); buf[put] = x; put = (put + 1) % buf.length; count++; notEmpty.signal(); } finally { lock.unlock(); } } T take() throws InterruptedException { lock.lock(); try { while (count == 0) notEmpty.await(); @SuppressWarnings("unchecked") T v = (T) buf[take]; take = (take + 1) % buf.length; count--; notFull.signal(); return v; } finally { lock.unlock(); } } } // ReadWriteLock ReadWriteLock rw = new ReentrantReadWriteLock(); rw.readLock().lock(); try { /* 多读 */ } finally { rw.readLock().unlock(); } rw.writeLock().lock(); try { /* 少写 */ } finally { rw.writeLock().unlock(); } // StampedLock 乐观读 StampedLock sl = new StampedLock(); long stamp = sl.tryOptimisticRead(); int local = value; // 读取共享变量快照 if (!sl.validate(stamp)) { // 有写发生，退化为读锁 stamp = sl.readLock(); try { local = value; } finally { sl.unlockRead(stamp); } } // CountDownLatch CountDownLatch latch = new CountDownLatch(n); for (...) pool.submit(() -> { try { work(); } finally { latch.countDown(); }}); latch.await(); // 等所有任务完成 // Semaphore 限流 Semaphore sem = new Semaphore(100); if (sem.tryAcquire()) { try { handle(); } finally { sem.release(); } } else { reject(); } // LongAdder 计数 LongAdder counter = new LongAdder(); counter.increment(); long n = counter.sum(); ``` # 四、实战注意 * 持锁区**短小**且不做阻塞/IO；必要时早解锁、后处理。 * 锁顺序一致避免死锁；用 `tryLock` + 超时做检测/降级。 * `wait/notify` 一定**在同步块内**，并用 `while` 再检条件。 * 不要把 `volatile` 当原子计数器；用 `Atomic*`/`LongAdder`。 * 读写锁下，读里绝不能升级为写；需要时释放读锁后再获取写锁。 * 并发 Map 用 `computeIfAbsent/putIfAbsent` 替代 DCL 自己玩锁。