1.synchroized 基本用法
1.1语义
原子性:确保线程互斥的访问同步代码
可见性:保证共享变量的修改能够即时可见,其实通过对Java内存模型中“对一个变量unlock操作之前,必须同步到主内存中;如果对一个变量进行lock操作,则将会清空工作内存中此变量的值,在执行引擎使用此变量前,需要重新从主内存中load操作或者assign操作初始化变量值”来保证。
有序性:有效的解决重排问题,即“一个unlock操作先行发生(happen-before)于后面对同一个锁的lock操作”
1.2 常见用法
从语法上将,synchronized可以把认可一个非null对象作为“锁”,在HotSpot JVM中,锁有一个专门的名字:对象监视器(object Monitor)。
synchronized总共有三种用法
当synchronized作用在实例方法时,监视器锁(monitor)便是对象实例(this);
当synchronized作用在静态方法时,监视器锁(monitor)便是对象的Class 实例,因为Class 数据存在于永久代,因此静态方法锁相当于该类的一个全局锁;
当synchronized作用在某一个对象实例时,监视器锁(monitor)便是括号括起来的对象实例;
注意:synchronized内置锁锁一种对象锁(锁的是对象而非引用变量),作用粒度是对象,可以用来实现对临界资源的同步互斥访问;是可重入的,其最大的作用是可以避免死锁。如:
子类同步方法调用了父类同步方法,如果没有可重入的特性,则会发生死锁。
2.同步原理
数据同步需要依赖锁,那锁的同步又依赖谁?synchroized给出的答案谁在软件层面依赖于JVM,而j.u.c.Lock给出的答案是在硬件层面依赖特殊的CPU指令。
当一个线程访问同步代码块时,首先是需要获得锁才能执行同步代码,当推出或者抛出异常时必须要要释放锁,那么它是如何实现这个机制的呢?可以看一段简单的代码
public class SynchronizedDemo {
public void method() {
synchronized (this) {
System.out.println("Method 1 start");
}
}
}
查看反编译后结果:
monitorenter:每个对象都是一个监视器锁(monitor)。当monitor被占用时就会处于锁定状态,线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权,过程如下:
如果monitor的进入数为0,则该线程进入monitor,然后进入数设置为1,该线程即为monitor的所有者;
如果线程已经有该monitor,只是重新进入,则进入monitor的进入数+1;
如果其他线程已经用了monitor,则该线程进入阻塞状态,知道monitor的进入数为0,再尝试获取monitor的所有权。
monitorexit:执行monitorexit的西安城必须是objectref 所对应的monitor的所有者。指令执行时,monitor的进入数减1,如果减1后进入数为0 ,那线程退出monitor,不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor所阻塞的线程可以尝试去获取这个monitor的所有权。
monitorexit指令出现了两次,第一次为同步正常退出释放锁;第二次为发生异常退出释放锁
通过上面两段描述,我们应该很清楚看到synchronized的实现原理,synchronized语义底层是通过一个monitor的对象完成,其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象,这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法,否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常原因。
再来看下同步方法块
public class SynchronizedMethod {
public synchronized void method() {
System.out.println("Hello World!");
}
}
查看反编译后结果
从反编译解决来看,方法的同步并没有通过指令monitorenter 和monitorexit来完成(理论上其实也可以通过这两条指令来实现),不过相对于普通方法,其常量池中多了 ACC_SYNCHROIZED标识符。JVM就死活根据该标识符来实现同步方法的同步。
当方法调用时,调用指令将会检查方法的ACC_SYNCHROIEZED访问标识是否被设置,如果设置来,执行线程将先获取monitor,获取成功之后才能执行方法体,方法执行完成后释放monitor。在方法执行期间,其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。
两种同步方式本质上没有区别,只是方法的同步是一种隐式的方法来实现,无需通过字节码来完成。两个指令的执行时JCVM通过调用操作系统的互斥源于mutex来实现,被阻塞的线程会被挂起、等待重新调度,会导致“用户态和内核态”两个态之间来回切换,对性能有较大影响。