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关于并发编程（2）

synchronized、volatile、CAS、锁、死锁、ThreadLocal、单例、ConcurrentHashMap

2026/08/27 13 分钟阅读

同步工具、锁与 JUC

`synchronized`

synchronized 通过对象监视器（Monitor）实现互斥。

修饰实例方法：锁是当前对象 this；
修饰静态方法：锁是当前类的 Class 对象；
修饰代码块：锁是括号中指定的对象。

它不仅保证互斥（原子性），也能保证临界区内共享变量的可见性和有序性。

`volatile`

volatile 适合状态标志、配置刷新等场景：

保证变量的可见性；
禁止相关读写发生特定重排序，保证一定的有序性；
不保证复合操作原子性，如 count++。

CAS 与原子类

CAS（Compare And Swap）：比较内存值是否等于预期值；相等则更新，否则失败。它是乐观并发控制的基础，Java 原子类广泛使用 CAS。

优缺点：

优点：非阻塞，竞争较低时性能好；
缺点：可能发生 ABA、自旋重试消耗 CPU、单次通常只能原子更新一个位置。

ABA 问题

变量从 A 变为 B 又变回 A，CAS 只比较值时会误判“未变化”。可用版本号解决，例如 AtomicStampedReference。

保证原子性的常见方式

synchronized；
ReentrantLock；
AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference 等原子类；
数据库原子条件更新、事务或分布式协调机制（跨进程场景）。

乐观锁与悲观锁

悲观锁：假设冲突经常发生，访问前先加锁，典型如 synchronized、ReentrantLock、数据库 SELECT ... FOR UPDATE。
乐观锁：假设冲突较少，更新时校验版本或条件；冲突后失败或重试，典型如 CAS、数据库版本号更新。

选择依据是冲突率、操作时长、重试成本和一致性要求。

死锁

死锁是多个线程互相等待对方释放资源，且无法继续推进的状态。

死锁的四个必要条件：

互斥：资源一次只能被一个线程占用；
持有并等待：线程持有资源的同时继续等待其他资源；
不可抢占：资源不能被强制剥夺；
循环等待：线程间形成循环等待链。

常见预防措施：统一加锁顺序、缩短持锁时间、避免嵌套锁、使用 tryLock 超时获取锁、必要时进行死锁检测。

活锁：线程一直在响应对方但没有实际进展；饥饿：线程长期得不到 CPU 或锁。这两者不同于死锁。

ThreadLocal

ThreadLocal<T> 为每个线程保存独立变量副本，适合跨方法传递线程上下文，而非线程间共享数据。

private static final ThreadLocal<String> TRACE_ID = new ThreadLocal<>();

TRACE_ID.set("trace-001");
String traceId = TRACE_ID.get();
TRACE_ID.remove();

常见场景：链路追踪 ID、当前用户上下文、租户信息、日期格式化器（旧代码）等。

使用注意

在线程池中线程会复用。ThreadLocal 的值如果未清理，后续请求可能读到脏数据，也可能造成内存泄漏。因此必须在 finally 中调用 remove()。

try {
    TRACE_ID.set(traceId);
    // 业务逻辑
} finally {
    TRACE_ID.remove();
}

不建议将数据库连接长期直接放入 ThreadLocal；更推荐使用连接池和框架管理事务边界。

单例的线程安全

饿汉式

类加载时初始化，天然线程安全，但无法延迟加载：

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() { return INSTANCE; }
}

双重检查锁（DCL）

实现懒加载时，实例字段必须加 volatile，以避免对象初始化重排序：

private static volatile Singleton instance;

public static Singleton getInstance() {
    if (instance == null) {
        synchronized (Singleton.class) {
            if (instance == null) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
    }
    return instance;
}

更推荐枚举单例或静态内部类单例，代码更简洁且安全。

JUC 与 ConcurrentHashMap

JUC 即 java.util.concurrent，提供线程池、锁、原子类、并发容器、同步器等工具。

为什么 `HashMap` 线程不安全？

多个线程并发 put、扩容或修改时可能发生数据覆盖、丢失、结构不一致等问题。Java 7 扩容并发场景下曾可能形成环形链表并导致查询死循环；Java 8 虽修复了该具体问题，但 HashMap 仍然不是线程安全容器。

`ConcurrentHashMap`

它是线程安全的哈希表：Java 8 主要采用 CAS + synchronized 对桶级节点进行细粒度协调，支持较高并发读写。

注意：单个操作如 put 是线程安全的，但“先 get 再 put”的复合业务逻辑未必原子，应使用 putIfAbsent、computeIfAbsent、merge 等原子方法。

synchronized

volatile