详解Synchronized

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锁 想必大家并不觉得陌生，起简单作用就是防止共享资源被同时访问，这时就是需要锁住。 锁就有许多种锁了，像syn cas reentrantlock等 我们这一章 主要来说说 synchronized。

在jdk1.5及之前时 我们的syn锁还是一个重量级锁，相对于lock就显得很笨重，但1.6后java从jvm层面对syn锁进行了优化，相比之前 效率还是很不错。

接下来我们将从以下几个点对Synchronized锁进行剖析。

  1. synchronized 的主要作用（特性）
  2. synchronized的主要用法
  3. synchronized同步原理
  4. synchronized同步概念
  5. synchronized优化

synchronized 的主要作用（特性）

  • 原子性：原子性，大家想必都能想到事务的原子性，没错 底层原理类似 ，事务的原子性底层也是通过锁来实现。一个操作或多个操作要么全部执行，要么都不执行，中间不能被打断。
  • 可见性：了解过volatile的也能知道什么是可见性，synchronized同样也具备可见性
  • 有序性：同样和volatile一样具备有序性。

synchronized的主要用法

  • 修饰实例方法: 作用于当前对象实例加锁，进入同步代码前要获得 当前对象实例的锁
  • 修饰静态方法: 也就是给当前类加锁，会作用于类的所有对象实例 ，进入同步代码前要获得 当前 class 的锁。因为静态成员不属于任何一个实例对象，是类成员（ static 表明这是该类的一个静态资源，不管 new 了多少个对象，只有一份）。所以，如果一个线程 A 调用一个实例对象的非静态 synchronized 方法，而线程 B 需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized 方法，是允许的，不会发生互斥现象，因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的锁，而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁。
  • 修饰代码块 ：指定加锁对象，对给定对象/类加锁。synchronized(this|object) 表示进入同步代码库前要获得给定对象的锁。synchronized(类.class) 表示进入同步代码前要获得 当前 class 的锁

简单总结下：

synchronized 关键字加到 static 静态方法和 synchronized(class) 代码块上都是是给 Class 类上锁。

synchronized 关键字加到实例方法上是给对象实例上锁。

synchronized同步原理

数据同步需要依赖锁，那么锁的同步又依赖什么呢？synchronized给出的答案是在软件层面依赖jvm，juc.lock给出的答案是在硬件层面依赖特殊的cpu指令

1、synchronized 同步语句块原理

public class SynchronizedDemo {
	public void method() {
		synchronized (this) {
			System.out.println("synchronized 代码块");
		}
	}
}

通过一系列技术（通过 JDK 自带的 javap 命令查看 SynchronizedDemo 类的相关字节码信息：首先切换到类的对应目录执行 javac SynchronizedDemo.java 命令生成编译后的 .class 文件，然后执行javap -c -s -v -l SynchronizedDemo.class。）我们可以找到以下图

我们从图中可以看到，同步语句块 使用的是monitorenter 和 monitorexit 指令，其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置， monitorexit 指令则指明同步代码块的结束位置。

当执行 monitorenter 指令时，线程试图获取锁也就是获取 对象监视器 monitor 的持有权。

（在 Java 虚拟机(HotSpot)中，Monitor 是基于 C++实现的，由ObjectMonitor实现的。每个对象中都内置了一个 ObjectMonitor对象。另外，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的异常的原因。）

在执行monitorenter时，会尝试获取对象的锁，如果锁的计数器为 0 则表示锁可以被获取，获取后将锁计数器设为 1 也就是加 1。

在执行 monitorexit 指令后，将锁计数器设为 0，表明锁被释放。如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞等待，直到锁被另外一个线程释放为止。

2、synchronized 修饰方法原理

public class SynchronizedDemo2 {
	public synchronized void method() {
		System.out.println("synchronized 方法");
	}
}

反编译一下

synchronized 修饰的方法并没有 monitorenter 指令和 monitorexit 指令，取得代之的确实是 ACC_SYNCHRONIZED 标识，该标识指明了该方法是一个同步方法。

JVM 通过该 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志来辨别一个方法是否声明为同步方法，从而执行相应的同步调用。

不过两者的本质都是对对象监视器 monitor 的获取。

synchronized同步概念

1.对象头

在jvm中，一个对象被分层三个区域：对象头，实例数据和对齐填充。

2.Monitor对象

monitor可以翻译成监视器或者管程，是由JVM提供的，当线程执行到对象方法的临界区时，首先查看对 象头中是否已经有关联的Monitor对象，如果已经关联加入了monitor对象，则将当前线程添加到 monitor对象的entrylist中；如果没有关联monitor对象，则改变对象的对象头的mark word或者指向一 个monitor对象。如果已经指向了一个monitor对象，则表示monitor对象的拥有者变成了当前线程，当 前线程执行完成后monitor再释放线程，重新到entrylist中查找一个新的拥有者，一般非公平竞争。

synchronized优化

锁主要存在四种状态，依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态，锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级的重量级锁。但是锁的升级是单向的，也就是说只能从低到高升级，不会出现锁的降级。

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