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Java如何编写不依赖JUC仅靠synchronized实现的高并发锁

小枫同学_6992

小枫同学_6992

发布时间:2026-06-07 18:35:32

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来源于php中文网

原创

synchronized 不适合高并发,关键在规避竞争:缩小锁范围、按业务维度分段加锁、用 ThreadLocal 避免共享。

单纯靠 synchronized 实现“高并发锁”本身是个有误导性的说法——synchronized 是悲观锁、阻塞式、串行化机制,天然不擅长“高并发”场景。它保障的是绝对安全,而非高吞吐或低延迟。但如果你的约束很明确:不引入 java.util.concurrent(juc)包,只用原生 synchronized + jvm 基础能力,仍希望在真实业务中支撑较高并发量,关键不在“造新锁”,而在规避锁竞争、缩小锁范围、减少临界区执行时间。

精准控制锁对象,避免全局/类级大锁

很多性能问题源于锁粒度太粗。例如:

  • 错:用 synchronized (this) 或 synchronized (MyClass.class) 锁住整个实例或整个类——所有线程排队等同一把锁;
  • 对:为每个业务维度(如用户ID、订单号、设备号)创建独立锁对象,实现逻辑上的“行锁”效果。

示例:按用户ID分段加锁

// 预先初始化固定大小的锁数组(避免动态new太多对象)
private final Object[] userLocks = new Object[1024];
{
    for (int i = 0; i < userLocks.length; i++) {
        userLocks[i] = new Object();
    }
}

public void updateUserBalance(long userId, int delta) {
    // 取模定位到具体锁,不同userId大概率命中不同锁
    int lockIndex = (int) (Math.abs(userId) % userLocks.length);
    synchronized (userLocks[lockIndex]) {
        // 此处只操作该用户的余额,不涉及其他用户数据
        int current = balanceMap.getOrDefault(userId, 0);
        balanceMap.put(userId, current + delta);
    }
}

这样就把原本可能上万用户争抢一把锁,变成最多几十个用户争抢一把锁,显著降低竞争概率。

用双重检查 + volatile 避免重复初始化开销

当同步块内是“首次创建资源”的逻辑(如单例、缓存加载),不要每次进都加锁。用 volatile + double-checked locking 模式把锁只留在真正需要初始化的那一刻:

立即学习“Java免费学习笔记(深入)”;

private volatile ExpensiveResource resource;

public ExpensiveResource getResource() {
    if (resource == null) { // 第一次检查(无锁)
        synchronized (this) {
            if (resource == null) { // 第二次检查(有锁,防重复创建)
                resource = new ExpensiveResource();
            }
        }
    }
    return resource;
}

注意:volatile 是必须的,防止指令重排序导致其他线程看到未构造完成的对象。

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用 wait/notify 做条件等待,避免空转轮询

如果业务需要“等待某个状态就绪”(如库存扣减前等补货完成),别用 while + sleep 轮询,而是配合 synchronized 块内的 wait() 和 notifyAll():

private final Object stockLock = new Object();
private int stock = 100;

public boolean tryDeduct(int amount) {
    synchronized (stockLock) {
        while (stock < amount) {
            try {
                stockLock.wait(); // 释放锁,进入等待队列
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                return false;
            }
        }
        stock -= amount;
        return true;
    }
}

// 补货完成后调用
public void replenish(int amount) {
    synchronized (stockLock) {
        stock += amount;
        stockLock.notifyAll(); // 唤醒所有等待者重新竞争
    }
}

这比 busy-wait 节省 CPU,也比无差别加锁更高效。

结合不可变对象与线程封闭,从源头消灭锁需求

最高效的“不加锁”,是根本不需要锁:

  • 返回值尽量用 String、Integer、LocalDateTime 等不可变对象;
  • 方法内创建的集合、DTO、Builder 实例,只在当前方法栈使用(栈封闭),不逃逸到共享堆内存;
  • 用 ThreadLocal 维护线程独享上下文(如数据库连接、用户会话、traceId),无需同步。

例如日志上下文:

private static final ThreadLocal<String> traceIdHolder = ThreadLocal.withInitial(() -> UUID.randomUUID().toString());

public String getCurrentTraceId() {
    return traceIdHolder.get();
}

每个线程读写自己的副本,零竞争、零同步、零开销。

不依赖 JUC 也能应对不少中高并发场景,核心不是让 synchronized 更快,而是让它尽量少出现、尽量轻量、尽量不挡路。

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