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synchronized详解

程序员文章站 2022-07-10 21:19:01
synchronized详解synchronized关键字synchronized理解Java中对象头monitorsynchronized用法同步方法的底层原理同步代码块的底层原理单例模式synchronized锁升级分析偏向锁轻量级锁重量级锁synchronized关键字防止线程干扰和内存一致性错误,如果一个对象对多个线程是可见的,那么对该对象的所有读/写都可以通过同步的方式来进行Synchronized关键字提供了锁机制,能够去保证共享资源的互斥访问,解决数据不一致的问题synchroni...

synchronized关键字

  • 防止线程干扰和内存一致性错误,如果一个对象对多个线程是可见的,那么对该对象的所有读/写都可以通过同步的方式来进行
  • Synchronized关键字提供了锁机制,能够去保证共享资源的互斥访问,解决数据不一致的问题

synchronized理解

Java中对象头

  • Java对象保存于内存中,由三部分组成:对象头,实例数据,填充字节
  • Java对象头由三部分组成:Mark Word、指向类的指针、数组长度(数组对象才有)
  • Mark Word:记录了对象和锁相关的信息,任意一个对象都可以被synchronzied关键字当作同步锁,围绕锁相关的操作都是与Mark Word相关
  • 指向类的指针:Java对象的类数据
  • 数组长度:数组对象的长度

monitor

  • 一种同步机制/一个对象
  • 所有的Java对象天生可以作为monitor
  • 每一个对象自实例化之后都带有一把锁,这个锁称之为monitor锁/同步锁
  • monitor是线程私有的

monitor的结构:

  • Owner : 初始为NUll,如果有线程获取到monitor锁,Owner会保存线程唯一标识
  • EntryQ:阻塞所有试图获得monitor锁失败的线程
  • RcThis:blocked/Waiting在monitor上的所有线程个数
  • Nest:重入锁的个数
  • HashCode:保存对象的Hashcode
  • Candidate:用来避免不必要的阻塞或者额等待线程唤醒

synchronized用法

同步方法的底层原理

ACC_SYNCHRONIZED标示符
JVM根据以上标示符去判断该方法是否是同步方法,如果是,执行的线程会先获取monitor lock,获取成功之后会去执行方法体,在方法体执行完之后释放monitor。方法执行期间,其他任何线程都没有办法去获得当前的monitor对象,只能阻塞

public class TestDemo5 {
    public synchronized void test2(){
        for(int i=5;i>=1; i--){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +": "+i);
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        TestDemo5 test = new TestDemo5();
        new Thread("Thread B"){
            @Override
            public void run() {
                test.test2();
            }
        }.start();
    }
}

同步代码块的底层原理

每一个对象都与一个monitor相关联,一个monitor lock只能被一个线程在同一时间锁获得
1)如果monitor计数器为0,表示当前monitor lock未被获得,该线程获得之后就会对该计数器 +1 -》 monitorenter
2) 如果monitor已经被线程锁拥有,则其他线程尝试获取mointor lock,会被陷入阻塞状态,直到moitor计数器变为0,才能够再次去获得monitor lock -》 monitorexit

public class TestDemo5 {
    public void test1(){
        synchronized (this){
            for(int i=5; i>=1; i--){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() +": "+i);
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(3);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
        public static void main(String[] args) {
            TestDemo5 test = new TestDemo5();
        new Thread("Thread A"){
            @Override
            public void run() {
                test.test1();
            }
        }.start();
        }
        }

单例模式

class Singleton{
    private volatile static Singleton single;
    private Singleton(){

    }
    public static Singleton getInstance(){
        if(single == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if(single == null){
                    single = new Singleton();
                    System.out.println("single has been initialized by "+Thread.currentThread().getName());
                }else{
                    System.out.println("single has not been initialized by "+Thread.currentThread().getName());
                }
            }
        }
        return single;
    }
}
public class TestDemo5 {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                Singleton.getInstance();
            }
        }.start();
        }
        }

synchronized锁升级分析

偏向锁

CAS指令:(Compare And Swap)cpu层面的原子性操作指令,该指令存在三个参数,第一参数是目标地址, 第二参数是值1,第三参数值2,指令会比较目标存储的值跟值1是否一致,如果一致目标地址会更新为新值,即值2。如果一个线程获得了锁,那么锁就会进入偏向模式,锁标识位为01,是否为偏向锁为1,当这次线程再次请求锁的时候,不需要做同步操作,直接省略锁的获取阶段,提高系统的性能。这种场合下可能不存在锁竞争
锁竞争比较激烈的时候,偏向锁获取失败升级为轻量级锁

轻量级锁

轻量级锁所适应的线程交替执行同步快的场合
在代码进入同步代码快的时候,如果发现对象锁是无锁状态,在当前线程的栈帧中创建一个lock Record的空间,存储对象Mark Word的拷贝,JVM使用CAS操作将对象Mark Word更新为指向Lock Record的引用,如果成功,该线程拥有了这样的对象锁,对象Mark Word的锁标志位设置为00,表明该对象处于轻量级锁的状态;如果失败,锁竞争更加激烈,轻量级锁会升级为重量级锁

  • 补充:轻量级锁抢锁失败,JVM会使用自旋锁,不断尝试获取锁,jdk1.7默认启用

重量级锁

重量级锁使用会有操作系统的互斥量(MUTEX)和条件变量(Condition variable)与其关联,在获取锁的过程修改操作系统层面的两个变量

本文地址:https://blog.csdn.net/SunStaday/article/details/107347322