`synchronized`关键字的作用及其实现原理,`wait()`、`notify()`和`notifyAll()`方法的用途及调用条件

synchronized关键字的作用及其实现原理

作用：

synchronized关键字是Java中用于控制多个线程对共享资源访问的一个关键字。它确保了在同一时刻，只有一个线程可以执行某个方法或代码块（称为临界区或同步块），从而避免了并发操作可能导致的数据不一致和线程安全问题。

实现原理：

1. 锁机制： synchronized关键字在Java中是通过锁机制实现的。每个Java对象都可以作为锁。当一个线程访问某个对象的synchronized方法或代码块时，它会先尝试获取该对象的锁。如果该锁已被其他线程持有，则该线程会被阻塞，直到锁被释放。

2. 对象锁与类锁：

   • 对象锁： 当访问某个对象的synchronized实例方法时，实际上是获取了该对象的锁。对于不同的对象实例，锁是独立的。
   • 类锁（Class Lock）： 如果在synchronized方法中使用了类的Class对象作为锁，那么该锁是对所有该类实例共享的，称为类锁。这种锁常用于静态同步方法。

3. JVM层面的支持： synchronized的实现依赖于JVM的底层机制，包括监视器锁（Monitor Locks）的概念。当线程进入同步块时，会尝试获取监视器锁，如果锁被其他线程持有，则当前线程会被阻塞，直到锁被释放。

wait()、notify()和notifyAll()方法的用途及调用条件

用途：

这三个方法是Java中用于线程间通信的，它们必须在同步代码块或同步方法中调用，因为它们都依赖于对象锁。

• wait()： 使当前线程等待（即阻塞），直到其他线程调用此对象的notify()方法或notifyAll()方法。调用wait()方法的线程会释放对象锁，进入等待队列。
• notify()： 唤醒正在等待对象监视器上的单个线程。如果有多个线程在等待，选择哪个线程唤醒是任意的。
• notifyAll()： 唤醒正在等待此对象监视器上的所有线程。

调用条件：

1. 必须在同步代码块或同步方法中调用： 因为这些方法依赖于对象锁，所以它们必须在synchronized块中调用，否则将抛出IllegalMonitorStateException异常。

2. wait()和notify()/notifyAll()必须成对使用： 通常在等待条件（由共享变量表示）不满足时调用wait()，在条件改变后，唤醒等待的线程，这些线程会重新检查条件。

3. wait()会释放锁，notify()/notifyAll()不会释放锁： 调用wait()的线程会释放对象锁，并进入等待状态。而调用notify()或notifyAll()的线程在唤醒其他线程后，仍然持有对象锁，直到它退出同步块或同步方法。

通过这些机制，Java实现了线程间的同步和通信，确保了多线程环境下数据的正确性和程序的安全性。