在Java中,监视器（Monitor）是一种同步机制，用于实现多线程环境下的互斥访问和线程协作，它本质上是一种对象，通过内置的锁（也称为监视器锁）来确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源，本文将详细介绍Java中如何使用监视器，包括内置锁机制、同步方法与同步代码块、wait/notify机制以及高级应用场景。
Java监视器的基本概念
Java中的监视器与对象绑定,每个对象都有一个唯一的监视器，当线程试图访问对象的同步代码时，必须先获取该对象的监视器锁，一旦获取锁，其他线程将被阻塞，直到锁被释放，这种机制可以有效防止多线程并发访问导致的数据不一致问题，监视器的核心特性包括互斥性（同一时间只有一个线程持有锁）和可见性（锁的释放会刷新主内存，确保线程间数据同步）。
同步方法：使用s修饰符
同步方法是最简单的监视器使用方式,通过在方法声明前添加synchronized关键字，可以将整个方法体置于监视器的控制之下。
public synchronized void increment() {
count++;
}
在上述代码中,increment方法被声明为同步方法，当线程调用此方法时，会自动获取当前对象的监视器锁，方法执行完毕后自动释放锁，需要注意的是，静态同步方法获取的是类对象的监视器锁，而非实例对象的锁。
同步代码块：更灵活的锁定范围
同步代码块允许开发者精确控制锁定的范围,从而减少锁的持有时间，提高并发性能，其语法为：
synchronized (锁对象) {
// 需要同步的代码
}
锁对象可以是任意类型的实例,但通常推荐使用共享资源本身或专门的锁对象。
public void updateList(List<String> list, String item) {
synchronized (list) {
list.add(item);
}
}
相比同步方法,同步代码块可以避免锁定整个方法，从而减少线程阻塞的可能性，如果方法中包含大量非同步逻辑，将其放在同步代码块外可以显著提升性能。
wait/notify机制：线程协作
监视器不仅支持互斥访问,还提供了线程协作的机制，主要通过wait()、notify()和notifyAll()方法实现，这些方法必须在同步代码块或同步方法中调用，否则会抛出IllegalMonitorStateException。
- wait()：使当前线程释放锁并进入等待状态，直到其他线程调用
notify()或notifyAll()唤醒它。 - notify()：随机唤醒一个正在等待的线程，该线程将重新尝试获取锁。
- notifyAll()：唤醒所有等待的线程，它们将竞争获取锁。
典型应用场景是生产者-消费者模型：
public class Buffer {
private int[] buffer;
private int count, in, out;
public Buffer(int size) {
buffer = new int[size];
}
public synchronized void put(int value) throws InterruptedException {
while (count == buffer.length) {
wait(); // 缓冲区满时等待
}
buffer[in] = value;
in = (in + 1) % buffer.length;
count++;
notifyAll(); // 通知消费者
}
public synchronized int take() throws InterruptedException {
while (count == 0) {
wait(); // 缓冲区空时等待
}
int value = buffer[out];
out = (out + 1) % buffer.length;
count--;
notifyAll(); // 通知生产者
return value;
}
}
在上述代码中,put和take方法通过wait()和notifyAll()实现线程间的协调，避免忙等待（busy-waiting）资源浪费。
ReentrantLock：更强大的锁机制
虽然synchronized是Java内置的监视器机制，但java.util.concurrent.locks.ReentrantLock提供了更灵活的锁定功能，包括可中断的锁获取、公平锁以及尝试锁定等。
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Counter {
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
private int count = 0;
public void increment() {
lock.lock();
try {
count++;
} finally {
lock.unlock(); // 确保锁被释放
}
}
}
与synchronized相比，ReentrantLock需要手动释放锁，但提供了更细粒度的控制，适合复杂同步场景。
监视器的最佳实践
- 避免锁粒度过粗：尽量减少同步代码块的范围，降低线程竞争。
- 防止死锁：避免多个线程以不同顺序获取多个锁，例如通过固定锁的获取顺序。
- 使用
tryLock：在ReentrantLock中，优先使用tryLock()避免无限等待。 - 优先选择
notifyAll()：notify()可能导致线程饥饿，notifyAll()更安全但可能影响性能。 - 注意锁对象的选择：避免使用字符串常量或易变对象作为锁，推荐使用
final修饰的私有对象。
Java监视器是多线程编程的核心工具,通过synchronized和wait/notify机制实现线程的安全协作，开发者应根据实际场景选择同步方法、同步代码块或ReentrantLock，并遵循最佳实践以优化性能，合理使用监视器可以有效避免并发问题，构建高效的多线程应用程序。
