Java并发编程:synchronized关键字

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synchronized关键字的作用

解决多线程之间执行程序的同步性,保证被它修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有一个线程执行。可以保证多线程并发安全

synchronized关键字的使用

使用方式

修饰实例方法(锁住当前对象)

synchronized修饰实例方法的时候,是给当前对象加锁,线程要进入实例方法前,需要先获取当前对象的锁

synchronized void method(){
    // 业务代码
}

修饰静态方法(锁住当前类)

synchronized修饰静态方法的时候,是给当前类加锁,线程要进入静态方法前,需要先获取当前类的锁

synchronized static void method(){
    // 业务代码
}
延伸问题:两个线程同时调用静态synchronized方法和非静态synchronized方法,互斥吗?

如果一个线程A调用一个实例对象的非静态synchronized方法,线程B调用这个实例对象所属类的静态synchronized方法,是允许的,不会发送互斥现象。因为访问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的锁。

修饰代码块(锁指定对象/类)

对括号里指定的对象/类加锁:

  • synchronized(Object)表示进入同步代码块之前,要获得给定对象的锁。
  • synchronized(类.class)表示进入同步代码块之前,要获得给定Class的锁
synchronized(this) {
    //业务代码
}

总结

  • synchronized关键字加到static静态方法和synchronized(类.class)代码块上,都是给类上锁;
  • synchronized关键字加到实例方法上,是给对象实例上锁。
  • 尽量不要使用synchronized(String a),因为JVM中,字符串常量池具有缓存功能。

构造函可以使用synchronized关键字吗

构造函数不能使用synchronized关键字,构造函数本身就是线程安全的?(待确认)

cloud.tencent.com/developer/a…

实际业务场景中使用

获取MongoDB中的数据

public TaskDocument getTaskDocument(Object ID) {
    synchronized(this){
        // 业务代码获取MongoDB中的一条数据
    }
    return taskDocument;
}

目前业务代码中看到的都是修饰代码块,锁住当前对象。

实现原理

底层实现原理属于JVM层面的内容

synchronized同步代码块的情况

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

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

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从字节码文件中分析,实现同步使用的是monitorentermonitorexit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。

当执行到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块或者方法中才能调用wait/notify等方法,否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException异常的原因。

获取锁的流程

  • 在执行monitorenter时,会尝试获取对象的锁,如果锁的计数器为0,表示锁可以被获取,获取之后,将锁计数器+1
  • 对象锁的拥有线程才可以执行monitorexit指令来释放锁。执行monitorexi指令之后,将锁计数器设为0,表明锁被释放,其他线程可以尝试获取锁。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。

image.png

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synchronized修饰实例方法的情况

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

字节码如下:

image.png

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。

如果是实例方法,JVM 会尝试获取实例对象的锁。如果是静态方法,JVM 会尝试获取当前 class 的锁。

总结

  • synchronized同步代码块的实现,使用的是monitorenter指令和monitorexit指令。monitorenter指令是同步代码块开始的位置,monitorexit是同步代码块结束的位置。
  • synchronized同步方法的实现,使用的是ACC_SYNCHRONIZED标识,指明该方法是一个同步方法

不过两者的本质都是对 对象监视器monitor的获取

参考文章:

  1. 有赞技术团队:Java锁与线程的那些事儿
  2. JavaGuide:synchronized关键字
  3. 这一次,彻底搞懂Java中的synchronized关键字