多线程同步：synchronized关键字、Lock接口与CountDownLatch等同步工具

在多线程编程中，同步是一个至关重要的概念，它用于确保多个线程在访问共享资源时的正确性和一致性。以下详细介绍synchronized关键字、Lock接口以及CountDownLatch等同步工具。

synchronized关键字

synchronized是Java内置的同步机制。它可以用于修饰方法或代码块。

修饰实例方法

当一个实例方法被synchronized修饰时，同一时刻只有一个线程能够进入该方法，因为锁对象是当前实例。例如：

public class SynchronizedExample {
    private int count = 0;
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
}

修饰静态方法

对于静态方法，锁对象是类的Class对象，这保证了在多线程环境下对静态资源的安全访问。

修饰代码块

通过指定锁对象，可以更细粒度地控制同步范围。比如：

public class SynchronizedBlockExample {
    private Object lock = new Object();
    private int sharedVariable = 0;
    public void updateSharedVariable() {
        synchronized (lock) {
            sharedVariable++;
        }
    }
}

Lock接口

Lock接口提供了比synchronized更灵活的同步控制。它的实现类如ReentrantLock（可重入锁）。

可重入性

ReentrantLock允许同一个线程多次获取锁，避免死锁。例如：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockExample {
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    public void outerMethod() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("Outer method locked");
            innerMethod();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void innerMethod() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("Inner method locked");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

公平性

ReentrantLock可以选择公平锁模式，按照线程请求锁的顺序分配锁。

CountDownLatch同步工具

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成一组操作。

基本使用

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int numThreads = 5;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(numThreads);
        for (int i = 0; i < numThreads; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    // 模拟线程执行任务
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finished");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    latch.countDown();
                }
            }).start();
        }
        latch.await();
        System.out.println("All threads finished, main thread continues");
    }
}

在上述代码中，主线程调用latch.await()方法等待，直到所有子线程通过latch.countDown()将计数器减为0，主线程才继续执行。

synchronized关键字提供了简单易用的同步方式，Lock接口则带来了更强大和灵活的控制，而CountDownLatch等同步工具为解决特定的多线程同步场景提供了有效的手段。合理运用这些同步机制，能够编写出高效且线程安全的程序。

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