synchronized 锁字符串：常见坑点与解决策略

问题分析

在 Java 中，synchronized 关键字常被用于解决并发问题，确保线程安全。然而，当我们锁定的是字符串时，会引发一些意想不到的问题。这里分析synchronized 锁字符串相关问题点和优化方案整理。

字符串常量池引发的锁复用问题

在 JVM 中，字符串常量池是一个特殊的内存区域，用于存储字符串字面量。当两个字符串字面量相同时，它们实际上会引用常量池中的同一个对象。这意味着，如果你在不同的类或代码片段中使用了相同的字符串来作为锁对象，可能无意中锁定了同一个对象，导致跨代码段的竞争问题。

public class Test1 {private String lock1 = "lock";public void method() {synchronized (lock1) {System.out.println("Thread 1 ");}}
}public class Test2 {private String lock2 = "lock";public void method() {synchronized (lock2) {System.out.println("Thread 2 ");}}
}

问题案例：
假设系统多个流程中使用synchronized使用字符串锁，锁的信息可能是手机号，用户ID，姓名，账号等等，可能会出现相同冲突的问题，那么这种就有一定的几率出现跨代码段的竞争问题。

字符串的不可变性

字符串是不可变对象，这意味着一旦创建，字符串对象就无法被修改。当我们使用字符串作为锁时，如果在代码中不小心修改了这个字符串（例如使用 + 操作符拼接字符串），锁对象就会被改变，从而导致 synchronized 失效，线程安全性得不到保障。

使用intern() 方法以及对应的性能问题

日常中如果通过锁字符串对象的方式是锁不住字符串。因此字符串对象不是同一个地址，因此如果想要锁住字符串，需要把字符串对象添加到字符串常量池中。如果通过XXX user = XXX()的方式锁user.getUserId()是无法有效锁住的。
intern() 是 String 类中的一个方法，用于将字符串放入常量池中。具体来说，intern() 方法会检查当前字符串在常量池中是否存在。如果存在，则返回常量池中该字符串的引用；如果不存在，则将该字符串放入常量池中，并返回其引用。
使用synchronized 锁字符串，需要将字符串添加到字符串常量池中。日常使用中通过通过new对象的方式创建对象，再取对象的字段，因此需要使用intern把字符串放入常量池中，但是直接使用String的intern全部把字符串放入常量池会存在一些问题。显然在数据量很大的情况下，将所有字符串都放入常量池是不合理的，常量池大小依赖服务器内存，且只有等待fullGC，极端情况下会导致频繁fullGC。并且在数据量很大的情况下，将字符串放入常量是存在性能问题。

为什么不能将所有字符串都放入常量池？

Java 中的字符串常量池是一个专门用于存储字符串字面量的内存区域，常量池能够减少重复字符串的内存占用，提升性能。然而，常量池的大小是有限的，并且受到服务器内存的限制。将大量动态生成的字符串都放入常量池可能会带来以下几个问题：

问题1：频繁的 Full GC

常量池是 JVM 堆内存的一部分，堆内存有限。当常量池中存储了大量的字符串，且达到堆内存的上限时，JVM 可能需要进行 Full GC 来回收内存。Full GC 是一种相对耗时的操作，特别是在大数据量的场景下，它会导致应用停顿时间变长，影响系统性能。如果每次 Full GC 后，常量池内存依然不足以存储新字符串，那么 Full GC 可能会变得频繁，从而影响系统的整体稳定性和响应速度。

问题2：性能下降

intern() 方法会在常量池中查找或插入字符串对象。当字符串数据量非常大时，常量池的查找操作需要消耗一定的时间。在高并发和大数据量的场景下，这种查找操作的开销可能会变得非常明显，进而影响系统的性能表现。

使用建议

不要用字符串作为锁对象

为了避免上述问题，最佳实践是不要使用字符串作为锁对象。可以选择使用其他不可变且唯一的对象作为锁，例如 Object 或者定义一个专门的锁对象。

private final Object lock = new Object();public void method() {synchronized (lock) {System.out.println("Thread 1");}
}

使用 Google Guava 提供的 Interner 类

Guava 的 Interner 是一个接口，它的主要功能是确保相同的对象引用同一个实例。这类似于 String.intern()的功能，但更加灵活，并且不会将对象放入 JVM 的字符串常量池中，而是使用自己管理的池来存储对象。Guava 提供了两种 Interner 的实现：
• Interners.newWeakInterner()：使用弱引用来存储对象，允许 GC 在内存紧张时回收这些对象。
• Interners.newStrongInterner()：使用强引用来存储对象，直到这些对象不再被引用时才会被回收。

假设我们在应用中需要锁定大量动态生成的字符串，如果直接使用 String.intern() 会导致频繁的 Full GC 和性能问题，此时我们可以使用 Guava 的 Interner 类来替代。

import com.google.common.collect.Interner;
import com.google.common.collect.Interners;public class InternerExample {// 使用 Interner 来管理锁对象private final Interner<String> stringInterner = Interners.newWeakInterner();public void method(String key) {// 将字符串放入 Interner，确保相同字符串共享同一个实例String internedKey = stringInterner.intern(key);synchronized (internedKey) {// 执行同步代码块System.out.println("Locked on: " + internedKey);}}
}

使用 Interner 类替代 String.intern() 具有以下几个优点：

1. 避免 JVM 字符串常量池的限制
   String.intern() 会将字符串放入 JVM 的字符串常量池，常量池的大小受限于堆内存，而且频繁操作可能导致 Full GC。使用 Interner，我们可以避免这些问题，因为 Interner 使用的是自己管理的对象池，池的大小和内存管理都由 Guava 来处理，不依赖于 JVM 的字符串常量池。
2. 提供灵活的内存管理
   通过 Interners.newWeakInterner()，可以使用弱引用来管理池中的对象。这样，当 JVM 内存紧张时，GC 可以回收这些不再使用的对象，避免了堆内存过度占用的问题。