java并发编程从入门到精通（Java并发编程 | Synchronized原理与使用）

Java提供了多种机制实现多线程之间有需要同步执行的场景需求               。其中最基本的是Synchronized
  
  
  
  
  
  
  
 ，实现上使用对象监视器( Monitor )  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
。

Java中的每个对象都是与线程可以锁定或解锁的对象监视器( Monitor )关联














。在同一时间只有一个线程可以在对象监视器( Monitor )上保持锁定
  
  
  
  
  
  
  
 。任何其他线程试图锁定对象监视器( Monitor )都会被阻止 
  
  
  
  
  
  
  ，直到它们可以获得该监视器上的锁定  
  
  
  
  
  
  
 。

Synchronized 基本使用方式

Synchronized 的作用范围 


 


 


 


 


 


 


 

，依据锁定的对象（object
  
  
  
  
  
  
  
 、this 
  
  
  
  
  
  
  、class） 


 


 


 


 


 


 


 

、使用方式
 
 
 
 
 
 
 
，可以分成五种情况
 


 


 


 


 


 


 


 
。如果按照JVM字节码的区别  
   
   
   
   
   
   
   ，也可以分成两种形式：代码块（monitorenter
 
 
 
 
 
 
 
、monitorexit）  
   
   
   
   
   
   
   、函数（ACC_SYNCHRONIZED）
 
 
 
 
 
 
 
。

虽然可以按照不同维度来划分 Synchronized 但本身机制是一样的 

 

 

 

 

 

 

 
，无论是 Synchronized 函数/代码块

 

 

 

 

 

 

 

，都是通过对象监视器( Monitor )来实现   
   
   
   
   
   
   
  。无论是this 

 

 

 

 

 

 

 
、class

 

 

 

 

 

 

 

、object本质上都是一个对象               ，区别无非代表的是当前实例               、类 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 、一般实例 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 ，它们都有着对象监视器( Monitor )
 

 

 

 

 

 

 

 
。

在HotSpot虚拟机中















，对象监视器( Monitor ) 具体的实现类就是 ObjectMonitor（C++）

 

 

 

 

 

 

 
。

在使用/分析 Synchronized 同步是否有效正确的时候                      ，只需要分析需要的同步块是否作用在同一个对象监视器( Monitor )上                。换一种描述 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ，是否作用在同一个对象（Object）上






















，这里（Object）可以是this















、object                      、class
 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
。

下面分别按照Synchronized 代码块 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 、Synchronized 函数维度来进行详细介绍














。

Synchronized 代码块

Synchronized 代码块的一般使用形式：synchronized ( Expression ) Block                        。

Expression 必须是一个对象               ，可以是class






















、this               、object 
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 ，不能是原始类型（int 
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 、float...）；否则编译的时候就会报错 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
。如果 Expression 是null














，会抛出NullPointerException 的异常






















。

Block表示一段逻辑代码
  
  
  
  
  
  
  
 ，执行逻辑代码前会锁定Expression 的对象监视器( Monitor )               。如果正常运行完成后 
  
  
  
  
  
  
  ，对象监视器( Monitor )会被释放；如果运行期间异常/中断了同样的也会释放对象监视器( Monitor )  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
。先加锁确保其他线程无法进入执行 


 


 


 


 


 


 


 

，所以Synchronized 是悲观锁
 
 
 
 
 
 
 
，JVM指令上使用monitorenter














、monitorexit 来进行相关实现














。

在字节码指令里可以也可以看到有两个monitorexit   
   
   
   
   
   
   
   ，一个是正常运行后的释放；另一个是在异常（athrow）抛出前的释放
  
  
  
  
  
  
  
 。同一个线程可以多次进入被锁定的相同对象监视器( Monitor ) 

 

 

 

 

 

 

 
，所以Synchronized 是可重入锁  
  
  
  
  
  
  
 。

Synchronized 函数

Synchronized函数在同步原理上同 Synchronized代码块是没有区别的

 

 

 

 

 

 

 

，都是通过锁定对象监视器( Monitor )；区别在于这里的对象是隐藏了起来
 


 


 


 


 


 


 


 
。同样的支持可重入
 
 
 
 
 
 
 
。

如果是静态方法（static）               ，锁定的对象是这个方法所在的class object 对象   
   
   
   
   
   
   
  。

如果是普通的方法 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 ，锁定的是this（当前实例）对象
 

 

 

 

 

 

 

 
。

编译成JVM字节码的时候















，函数描述上会标识ACC_SYNCHRONIZED                       ，并不会在函数代码块中显示的使用monitorenter
  
  
  
  
  
  
  
 、monitorexit指令

 

 

 

 

 

 

 
。

在调用函数前锁定对象监视器( Monitor ) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ，完成运行后释放对象监视器( Monitor )                。无论函数是否有显性的抛出/处理异常






















，如果有异常中断抛出前也会自动的释放锁定的对象监视器( Monitor )
 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
。

Synchronized 实现原理

Synchronized同步一直也在进行优化               ，也是跟随着JDK新理念一起发展














。比如偏向锁 
  
  
  
  
  
  
  、轻量锁 


 


 


 


 


 


 


 

、重量锁
 
 
 
 
 
 
 
、适应性自旋等等机制                       。不同的JDK版本 
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 ，不同的JVM可能都有所不同 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
。

在HotSpot虚拟机中














，抛开锁升级  
   
   
   
   
   
   
   、自适应等机制；基本原理是线程通过 CAS抢占对象监视器( Monitor ) _Owner来实现锁
  
  
  
  
  
  
  
 ，没有抢占的会进入 _EntryList 来进行放置






















。当然 
  
  
  
  
  
  
  ， 线程执行/中断释放_Owner后 


 


 


 


 


 


 


 

，_EntryList并不是简单按照FIFO来进行选择执行不会保证公平性
 
 
 
 
 
 
 
，所以Synchronized是非公平锁               。

图中_WaitSet没有体现用途  
   
   
   
   
   
   
   ，但其是很重要的一个结构 

 

 

 

 

 

 

 
， 用于当 _Owner 执行线程中断时

 

 

 

 

 

 

 

，线程将会写入  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
。值得注意获取到锁之后才能中断               ，等待锁时不可中断














。当相关线程被唤醒后 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 ，会采有不同的策略重新回到_EntryList 或者 参与CAS竞争 _Owner















，这里存在线程上下文切换的可能
  
  
  
  
  
  
  
 。

详细可以查看相关源码：

http://hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u/hotspot/file/69087d08d473/src

在最后综述下Synchronized 特性：悲观锁 

 

 

 

 

 

 

 
、可重入锁

 

 

 

 

 

 

 

、非公平锁  
  
  
  
  
  
  
 。

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