转载

[Java多线程 -2]：由浅入深看synchronized的底层实现原理

前俩篇文章，我们聊了聊线程/进程的概念，接着简单串了一下同步的方式方法。今天我们就单拎出来synchronized，好好捋一捋它的前世今生。

正文

小A：咱们前几天铺垫了这么多内容，今天是不是要好好的深挖一下原理的内容了？

MDove：没错，接下来。我会从常见的synchronized加锁方式入手；引出Java对象在内存的布局，以及锁的存放位置；然后看一看锁在C++中的简单实现思路；最后咱们从字节码中，看一下JVM如果识别synchronized。内容不是很难，不会涉及到特别多深奥的内容，大部分是平铺直叙的介绍，很适合阅读呦~

小A：快点开始吧，我等不及啦。

浅聊synchronized的使用

MDove：说起synchronized的底层实现原来，咱们先看看synchronized的俩种加锁方式：

1、某个对象实例内

此作用域内的synchronized锁，可以防止多个线程同时访问这个对象的synchronized方法

并且一个对象有多个synchronized方法，只要一个线程访问了其中的一个synchronized方法，其它线程不能同时访问这个对象中任何一个synchronized方法。

此外，不同对象实例的synchronized方法是不相干预的。也就是说，其它线程可以同时访问此类下的另一个对象实例中的synchronized方法；

public synchronized void method(){
  // TODO
}

public void method(){
  synchronized(this) {
   // TODO
  }
}
复制代码

2、某个类

此作用域下，可以防止多个线程同时访问这个类中的synchronized方法。也就是说此种修饰，可以对此类的所有对象实例起作用。

public void method() {
   synchronized(ClassName.class) {
     // todo
   }
}

public static synchronized method(){
	// TODO
}
复制代码

MDove：注意一点，synchronized关键字是不能继承的，也就是说，基类的方法synchronized fun(){} 在继承类中并不自动是synchronized fun(){}，而是变成了fun(){}。继承时，需要显式的指定它的某个方法为synchronized方法。有机会你可以自己写个demo试一下。

常见错误

MDove：你来看一看下面这个demo，有没有什么问题？

public class ErrorSyncInstance implements Runnable{
    static int i=0;
    public synchronized void add(){
        i++;
    }
    @Override
    public void run() {
        for(int j=0;j<1000000;j++){
            add();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1=new Thread(new ErrorSyncInstance());
        Thread t2=new Thread(new ErrorSyncInstance());
        t1.start();
        t2.start();
        
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}
复制代码

小A：没觉得有问题呐？这不就是第一种加锁的方式，锁实例对象么？

MDove：既然你都知道是锁实例对象，那你没看出来问题么？虽然我们使用synchronized修饰了add()。但是却new了两个不同的实例对象，这也就意味着存在着两个不同的实例对象锁，因此t1和t2都会进入各自的对象锁，也就是说t1和t2线程使用的是不同的锁，因此线程安全是无法保证的。

小A：对对对，没错。那解决这种问题，是不是需要用第二种加锁的方式，锁住这个类？

MDove：没错，解决这种困境的的方式是将synchronized作用于静态的add方法，这样的话，对象锁就当前类，因为类对象只有一个，因此无论new多少个实例对象都是安全的：

小A：那是不是这样改写就可以了？

public static synchronized void add(){
	i++;
}
复制代码

MDove：没错就是这样，很简单。接下来让我们看一些深入的内容，锁的实现。

synchronized锁的底层实现

MDove：我们都知道，对象被创建在堆中。并且对象在内存中的存储布局方式可以分为3块区域：对象头、实例数据、对齐填充。其中对象头，便是我们今天的主角。

关于实例数据、对齐填充的作用，各位小伙伴可以参考《深入理解Java虚拟机》。

MDove：对于对象头来说，主要是包括俩部分信息：

1、自身运行时的数据，比如：锁状态标志、线程持有的锁...等等。（此部分内容被称之为Mark Word）

存储内容	标志位	状态
对象哈希码、对象分代年龄	01	未锁定
指向锁记录的指针	00	轻量级锁定
指向重量级锁的指针	10	重量级锁定
空	11	GC标记
偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄	01	可偏向

今天我们只聊： 指向重量级锁的指针

2、另一部分是类型指针：JVM通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

MDove：今天我们主要聊的是对象头，第一部分中 重量级锁 的内容。

MDove：先让我们从宏观的角度看一看synchronized锁的实现原理。

synchronized锁的宏观实现

MDove：synchronized的对象锁，其指针指向的是一个monitor对象（由C++实现）的起始地址。每个对象实例都会有一个 monitor。其中monitor可以与对象一起创建、销毁；亦或者当线程试图获取对象锁时自动生成。

monitor是由ObjectMonitor实现（ObjectMonitor.hpp文件，C++实现的），对于我们来说主要关注的是如下代码：

ObjectMonitor() {
	// 省略部分变量
    _count        = 0; 
    _owner        = NULL;
    _WaitSet      = NULL;
    _WaitSetLock  = 0 ;
    _EntryList    = NULL ;
}
复制代码

MDove：我们可以看到这里定义了_WaitSet 和 _EntryList俩个队列，其中_WaitSet 用来保存每个等待锁的线程对象。

小A：那_EntryList呢？

MDove：别着急，让我们先看一下_owner，它指向持有ObjectMonitor对象的线程。当多个线程同时访问一段同步代码时，会先存放到 _EntryList 集合中，接下来当线程获取到对象的monitor时，就会把_owner变量设置为当前线程。同时count变量+1。如果线程调用wait() 方法，就会释放当前持有的monitor，那么_owner变量就会被置为null，同时_count减1，并且该线程进入 WaitSet集合中，等待下一次被唤醒。

MDove：当然，若当前线程顺利执行完方法，也将释放monitor，重走一遍刚才的内容，也就是_owner变量就会被置为null，同时_count减1，并且该线程进入 WaitSet集合中，等待下一次被唤醒。

因为这个锁对象存放在对象本身，也就是为什么Java中任意对象可以作为锁的原因。

synchronized代码块的底层实现

MDove：咱们先写一个简单的demo，然后看一下它们的字节码：

private int i = 0;

public void fun() {
    synchronized (this) {
        i++;
    }
}
复制代码

MDove：根据虚拟机规范要求，在执行monitorenter指令时，首先要尝试获取对象锁，也就是上文我们提到了monitor对象。如果这个对象没有被锁定，或者当前线程已经拥有了这个对象的锁，那么就把锁的计数器（_count）加1。当然与之对应执行monitorexit指令时，锁的计数器（_count）也会减1。

MDove：如果当前线程获取锁失败，那么就会被阻塞住，进入_WaitSet 中，等待锁被释放为止。

小A：等等，我看到字节码中，有俩个monitorexit指令，这是为什么呢？

MDove：是这样的，编译器需要确保方法中调用过的每条monitorenter指令都要执行对应的monitorexit 指令。为了保证在方法异常时，monitorenter和monitorexit指令也能正常配对执行，编译器会自动产生一个异常处理器，它的目的就是用来执行异常的monitorexit指令。而字节码中多出的monitorexit指令，就是异常结束时，被执行用来释放monitor的。

小A：我们刚才看的是同步代码块的原理，那么直接修饰在方法上呢？也是通过这个俩个指令吗？

MDove：你别说，还真不是：

public synchronized void fun() {
    i++;
}
复制代码

MDove：可以看到：字节码中并没有monitorenter指令和monitorexit指令，取得代之的是ACC_SYNCHRONIZED标识，JVM通过ACC_SYNCHRONIZED标识，就可以知道这是一个需要同步的方法，进而执行上述同步的过程，也就是_count加1，这些过程。

小A：哦，原来是这样。一个是用了指令，一个是用的标识呀~对了，我听说synchronized的性能特别低是这样么？

MDove：这句话不全对，JDK1.5后对synchronized进行了大刀阔斧的优化，这其中涉及到偏向锁、轻量级锁、自旋锁、锁消除等手段。时候也不早了，这些内容今天就不展开了。有机会我们下次再学习吧~

原文 https://juejin.im/post/5bb60afd6fb9a05d151cb8bb

正文到此结束

所属分类： Java 编程技术

本文标签： IO 编译 UI 锁自动生成 rsync 安全 list 处理器 java 进程实例文章线程时间 Word synchronized tar 代码字节码多线程 http JVM https IDE src id tab 数据同步
版权声明： 本文为互联网转载文章，出处已在文章中说明(部分除外)。如果侵权，请联系本站长删除，谢谢。
本文海报： 生成海报一生成海报二

其他链接

关于本站

本站定位：个人技术类博客

本站作用：写博客、记日志、闲聊扯淡鼓捣技术。

问题交流

[Java多线程 -2]：由浅入深看synchronized的底层实现原理

正文

浅聊synchronized的使用

1、某个对象实例内

2、某个类

常见错误

synchronized锁的底层实现

synchronized锁的宏观实现

synchronized代码块的底层实现

热门推荐

相关文章

说给你听

本文目录

随机标签

书籍教程

近期评论

网站信息

其他链接

关于本站

问题交流