synchronized
?
synchronized
是Java提供的一个并发控制的关键字。可以用来修饰方法
和代码块
。被synchronized
修饰的代码块及方法,在同一时间,只能被单个线程访问。
synchronized
有什么作用?使用该关键字修饰的方法,在同一时刻最多只有一个线程可以进入。如果第一个线程获取锁进入了synchronized
修饰的区域,在其释放锁之前,需要进入该实例中synchronized
修饰的方法或者代码块的其他线程就需要等待,直到第一个线程释放锁之后,其他线程中才会有一个线程接着获取锁,进入互斥资源访问区。
通过词典查字面意思,是:adj. 同步的;同步化的
。简而言之,参照Java内存模型,synchronized
可以保证原子性
、有序性
和可见性
。
synchronized
原理没有什么比源码更有说服力的了,我们在一个类中,分别使用synchronized
来修饰方法和代码块,然后编译该类,再使用javap
命令,分析汇编指令。
SynchronizedForJavap.java
/**
* <pre>
* 程序目的:观察使用了synchronized关键字的java class文件,反编码后的字节码信息,
* 以便观察jvm是如何实现synchronized的
* </pre>
* created at 2020-07-15 07:27
* @author lerry
*/
public class SynchronizedForJavap {
public void syncBlock() {
synchronized (this) {
System.out.println("hello block");
}
}
public synchronized void syncMethod() {
System.out.println("hello method");
}
}
先执行:javac SynchronizedForJavap.java
,对java文件进行编译,生成SynchronizedForJavap.class
文件,然后执行:javap -v SynchronizedForJavap.class
。部分输出结果如下:
public void syncBlock();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=3, args_size=1
0: aload_0
1: dup
2: astore_1
3: monitorenter // monitorenter指令进入同步块
4: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
7: ldc #3 // String hello block
9: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
12: aload_1
13: monitorexit // monitorexit指令退出同步块
14: goto 22
17: astore_2
18: aload_1
19: monitorexit // monitorexit指令退出同步块
20: aload_2
21: athrow
22: return
————————————————————————————————————
public synchronized void syncMethod();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED //在同步方法中添加了ACC_SYNCHRONIZED标记
Code:
stack=2, locals=1, args_size=1
0: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: ldc #5 // String hello method
5: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
8: return
LineNumberTable:
line 18: 0
line 19: 8
从上面的中文注释处可以看到,对于synchronized
关键字而言,javac
在编译时,会生成对应的monitorenter
和monitorexit
指令分别对应synchronized
同步块的进入和退出,有两个monitorexit
指令的原因是:为了保证抛异常的情况下也能释放锁,所以javac
为同步代码块添加了一个隐式的try-finally
,在finally
中会调用monitorexit
命令释放锁。而对于synchronized
方法而言,javac
为其生成了一个ACC_SYNCHRONIZED
关键字,在JVM进行方法调用时,发现调用的方法被ACC_SYNCHRONIZED
修饰,则会先尝试获得锁。
想要深入理解synchronized
,还需要了解Java内存布局
在这里,我们需要借助一个工具:
<!--查看Java 对象布局、大小工具-->
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
<artifactId>jol-core</artifactId>
<version>0.10</version>
</dependency>
JavaObjectLayOutDemo.java
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
/**
* <pre>
* 程序目的:观察Java内存布局
* </pre>
* created at 2020-07-15 08:05
* @author lerry
*/
public class JavaObjectLayOutDemo {
public static void main(String[] args) {
Object obj = new Object();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
}
}
输出结果如下:
图:new Object内存布局
一个Java对象在内存中包括对象头、实例数据和补齐填充3个部分:
图:Java对象内存布局
现在,加上一段代码,使用synchronized
关键字,对obj
对象加锁:
public class JavaObjectLayOutDemo {
public static void main(String[] args) {
Object obj = new Object();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
System.out.println("使用了synchronized关键字之后的对象内存布局:");
synchronized (obj){
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
}
}
}
输出结果如下:
图:控制台输出-加上synchronized关键字后
图:控制台输出结果前后对比-MarkWord部分发生了改变
由此得知:synchronized
的锁,记录在对象的对象头
中的Mark Word
部分。
接下来,我们来看一下各种锁状态。
图:HotSpot实现的锁状态对比表-synchronized
对应到控制台输出,对应位置如下:
图:控制台输出-对象内存布局-锁的位置
Object obj = new Object();
synchronized(obj)
-XX:BiasedLockingStartupDelay=0
1 01
1 01
markword
的线程ID改为自己线程ID的过程LockRecord
,用CAS
操作将markword
设置为指向自己这个线程的LockRecord
的指针,设置成功者得到锁-XX:PreBlockSpin
(在JDK7u40
的时候这个指令消失了), 或者自旋线程数超过CPU核数的一半,1.6之后, 加入Adapative Self Spinning
,JVM自己控制linux mutex
, CPU
从3级-0级
系统调用,线程挂起,进入等待队列,JDK11
,打开就是偏向锁,而JDK8默认对象头是无锁
)JDK1.6
引入偏向锁之后的状态转换示意图:这样的状态转换,虽然脉络清晰了不少,但是是面向机器的。接下来,用一个实际生活场景,来阐述一下锁的各种状态转换。
有一天,蜘蛛侠吃坏了肚子,跑来卫生间蹲坑,这时只有他一个人,没人和他抢,于是管理员在厕所门上贴了个“蜘蛛侠专用”(线程ID),既然很着急、门就不锁了,这样效率也高。
蜘蛛侠跑了两次,每次门都没锁,可以直接进去,很高兴。科室过了会儿、蝙蝠侠也跑过来了,原来中午他们一起在一家使用地沟油的餐厅吃饭,都中招了。这时,管理员把门上的标签撕掉,让两个人竞争。最后蝙蝠侠更快一些,门上的便签换成了“蝙蝠侠专用”,蜘蛛侠在外面急的转圈(有线程竞争、升级轻量级锁、CAS自旋)。蝙蝠侠出来后,蜘蛛侠赶紧冲进去干活儿。
再后来、发现钢铁侠、雷神、美队都跑过来了,蜘蛛侠占着位置,其他人都在外面急的转圈儿,管理员说这样转太浪费功夫了,于是,给门上了锁(竞争加剧、升级重量级锁),其他人都别动(不耗费CPU资源),都排队(进入等待队列)。蜘蛛侠出来后,管理员把锁交给美队(CPU指定线程去执行)。依次类推。
图:blog思维导图
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通过javap命令分析java汇编指令 - 简书
死磕Synchronized底层实现–概论 - 掘金
JOL:查看Java 对象布局、大小工具_禅鸣之时-CSDN博客_jol
Java对象内存布局 - 简书
java version "1.8.0_251"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_251-b08)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.251-b08, mixed mode)
macOS High Sierra 10.13.4
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