Java基础之Synchronized原理

    技术2023-07-13  109

    目录 synchronized的三种应用方式 synchronized作用于实例方法 synchronized作用于静态方法 synchronized同步代码块 synchronized底层语义原理 理解Java对象头与Monitor synchronized代码块底层原理 synchronized方法底层原理 Java虚拟机对synchronized的优化 偏向锁 轻量级锁 自旋锁 锁消除 无锁->偏向锁 偏向锁 -> 轻量级锁 轻量级锁 -> 重量级锁 关于synchronized 可能需要了解的关键点 synchronized的可重入性 线程中断与synchronized 线程中断 等待唤醒机制与synchronized 在多线程使用共享资源的时候, 我们可以使用synchronized来锁定共享资源,使得同一时刻,只有一个线程可以访问和修改它,修改完毕后,其他线程才可以使用。这种方式叫做互斥锁。

    当一个共享数据被当前正在访问到线程添加了互斥锁之后,在同一时刻,其他线程只能等待,直到当前线程释放该锁。

    synchronized可以添加互斥锁,并且保证被其他线程看到。

    synchronized的三种应用方式 synchronized关键字最主要有以下3种应用方式,下面分别介绍

    修饰实例方法,作用于当前实例加锁,进入同步代码钱要获得当前实例的锁 修饰静态方法,作用于当前类对象加锁,进入同步代码前要获得当前类对象的锁 修饰代码块,指定加锁对象,对给定对象加锁,进入同步代码块前要获得给定对象的锁 synchronized作用于实例方法 我们设置类变量static为共享资源, 然后多个线程去修改。修改的含义是: 先读取,计算,再写入。那么这个过程就不是原子的,多个线程操作就会出现共享资源争抢问题。

    我们在实例方法上添加synchronized,那么,同一个实例执行本方法时,抢到锁到可以执行。

    public class AccountingSync implements Runnable{ //共享资源(临界资源) static int i=0;

    /** * synchronized 修饰实例方法 */ public synchronized void increase(){ i++; } @Override public void run() { for(int j=0;j<1000000;j++){ increase(); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { AccountingSync instance=new AccountingSync(); Thread t1=new Thread(instance); Thread t2=new Thread(instance); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); System.out.println(i); } /** * 输出结果: * 2000000 */

    } 上述代码中,开启两个线程去操作共享变量,两个线程执行的是同一个实例对象。如果不添加synchronized,其中i++不是原子操作,该操作先读取值,然后再写入一个新值。如果两个线程都读取了i=5,然后线程1写入i=6.线程2后写入,但也是写入i=6, 并不是我们期望的i=7.

    添加synchronized修饰后,线程安全,线程必须获取到这个实力到锁才能执行读取和写入。

    注意,我们synchronized修饰到是类方法,锁的是实例,当多个线程操作不同实例时,会使用不同实例的锁,就无法保证修改static变量的有序性了。

    public class AccountingSyncBad implements Runnable{ static int i=0; public synchronized void increase(){ i++; } @Override public void run() { for(int j=0;j<1000000;j++){ increase(); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { //new新实例 Thread t1=new Thread(new AccountingSyncBad()); //new新实例 Thread t2=new Thread(new AccountingSyncBad()); t1.start(); t2.start(); //join含义:当前线程A等待thread线程终止之后才能从thread.join()返回 t1.join(); t2.join(); System.out.println(i); } } 上述代码,两个线程持有不同的对象instance,也就是使用不同的锁, 也就不会互斥访问共享资源,就会出现线程安全问题。

    synchronized作用于静态方法 synchronized作用于静态方法时,锁就是当前类到class对象锁。由于静态成员变量不专属于任何一个实例对象,是类成员,因此通过class对象锁可以控制静态成员的并发操作。

    synchronized同步代码块 除了使用关键字修饰实例方法和静态方法外,还可以使用同步代码块。

    public class AccountingSync implements Runnable{ static AccountingSync instance=new AccountingSync(); static int i=0; @Override public void run() { //省略其他耗时操作… //使用同步代码块对变量i进行同步操作,锁对象为instance synchronized(instance){ for(int j=0;j<1000000;j++){ i++; } } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread t1=new Thread(instance); Thread t2=new Thread(instance); t1.start();t2.start(); t1.join();t2.join(); System.out.println(i); } }

    上述代码,将synchronized作用于一个给定的实例对象instance, 即当前实例对象就是锁对象,每次当线程进入synchronized包裹到代码块时,就会要求当前线程持有instance实例对象锁,如果当前有其他线程正持有该对象锁,那么新到到线程就必须等待,这样也就保证了每次只有一个线程执行i++操作。当然, 还可以使用this或者class

    //this,当前实例对象锁 synchronized(this){ for(int j=0;j<1000000;j++){ i++; } }

    //class对象锁 synchronized(AccountingSync.class){ for(int j=0;j<1000000;j++){ i++; } } 了解完synchronized到基本含义和使用方式后,我们进一步深入理解synchronized的底层实现原理。

    synchronized底层语义原理 Java虚拟机中的同步(Synchronization)基于进入和退出管程(Monitor)对象实现,无论是显示同步(有明确的monitorenter和monitorexit指令,即同步代码块)还是隐式同步都是如此。在Java语言中,同步用的最多到地方可能是被synchronized修饰的同步方法。同步方法并不是由monitorenter和monitorexit指令来实现同步到,而是由方法调用指令读取运行时常量池中方法到ACC_SYNCHRONIZED标志来隐式实现的,关于这点,稍后分析。下面先来了解一个概念:Java对象头,这对深入理解synchronized实现原理非常关键。

    理解Java对象头与Monitor 在JVM中,对象在内存中到布局分为三块区域:对象头,实例数据和对齐填充。 如下:

    实例变量: 存放类的属性数据信息,包括父类的属性信息,如果是数组的实例部分还包括数组的长度,这部分内存按4字节对齐。 填充数据:由于虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。填充数据不是必须存在的,仅仅是为了字节对齐。

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