Antwort.

Geschichte der Frage:

Mit der Einführung von Java sahen sich die Entwickler dem Problem des konkurrierenden Zugriffs auf gemeinsame Ressourcen gegenüber. Zur Lösung wurden hochgradige Synchronisationsprimitive eingeführt, von denen der Schlüsselmodifikator synchronized der wichtigste ist.

Problem:

Ohne Synchronisation können in Multi-Thread-Anwendungen geteilte Ressourcen beschädigt werden: es entsteht ein Datenrennen, der Zustand des Objekts wird unvorhersehbar.

Lösung:

synchronized ermöglicht es, einen Monitor für eine Methode oder einen Codeblock zu organisieren, die den Zugriff auf die kritische Sektion nur einem Thread zu einem bestimmten Zeitpunkt gewährt. Die Thread-Synchronisation kann auf Methoden- oder Blockebene erfolgen.

Beispiel für die Sperrung eines Objekts:

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

Auch Blöcke können synchronisiert werden:

public void safeIncrement() {
    synchronized(this) {
        count++;
    }
}

Schlüsselfunktionen:

Synchronisation auf Methodenebene ist äquivalent zur Synchronisation auf this-Ebene
Für statische Methoden erfolgt die Synchronisation nach dem Klassenobjekt
Der Bereich der kritischen Sektion sollte minimiert werden

Fragen mit Hintergedanken.

Was ist der Unterschied zwischen einer synchronized-Methode und einem synchronized-Block?

Eine synchronized-Methode sperrt die gesamte Methode für das aktuelle Objekt (this) oder die Klasse (wenn die Methode statisch ist). Ein Block erlaubt es, nur den benötigten Codeabschnitt zu synchronisieren und ein beliebiges Objekt zur Sperrung auszuwählen.

Können zwei verschiedene Threads gleichzeitig in zwei verschiedene synchronized-Methoden eines Objekts eintreten?

Nein, wenn die Methoden auf demselben Monitor (this) synchronisiert sind. Wenn unterschiedliche Monitore verwendet werden, dann ja.

Beeinträchtigt der Modifikator synchronized die Sichtbarkeit von Variablen zwischen Threads?

Ja, der Eintritt in einen synchronized-Block leert die Caches der Threads und aktualisiert die Werte der Variablen (happens-before Beziehung).

Typische Fehler und Anti-Patterns

Synchronisation auf einem zu „großen“ Objekt (z.B. auf String oder Klassenobjekt)
Lange Ausführung von Code innerhalb eines synchronisierten Blocks
Vermischung des Zugriffs auf dieselbe Ressource durch synchronized-Blöcke und nicht-synchronisierte Abschnitte

Beispiel aus dem Leben

Negativer Fall

Ein Entwickler synchronisiert statische Methoden einer Klasse auf einem Instanzobjekt, was keine Korrektheit bei der Nutzung über verschiedene Instanzen gewährleistet.

Vorteile:

Einfache Implementierung

Nachteile:

Unerwartete Datenrennen zwischen Threads
Schwer fassbare Bugs

Positiver Fall

Alle Methoden, die eine gemeinsame Ressource nutzen, werden auf demselben Objekt-Monitor synchronisiert, der Bereich der kritischen Sektion ist minimal.