❤️并发编程❤️synchronized锁原理分析

不念不忘少年蓝@ 2022-08-28 07:42 229阅读 0赞

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### 文章目录 ###

*   *  （一）Synchronized锁
     *   *  （1）使用说明
         *  （2）原理分析
         *  （3）源码分析

## （一）Synchronized锁 ##

### （1）使用说明 ###

使用synchronized关键字来给一段代码或一个方法上锁。它通常有以下三种形式：

// 关键字在实例方法上，锁为当前实例
    public synchronized void instanceLock() { 
        // code
    }
    // 关键字在静态方法上，锁为当前Class对象
    public static synchronized void classLock() { 
        // code
    }
    // 关键字在代码块上，锁为括号里面的对象
    public void blockLock() { 
        Object o = new Object();
        synchronized (o) { 
            // code
        }
    }

### （2）原理分析 ###

【临界区】  
所谓“临界区”，指的是某一块代码区域，它同一时刻只能由一个线程执行。在上面的例子中，如果synchronized关键字在方法上，那临界区就是整个方法内部。而如果是使用synchronized代码块，那临界区就指的是代码块内部的区域。

在多线程并发编程中synchronized一直是元老级角色，很多人都会称呼它为重量级锁。但是，随着Java SE 1.6对synchronized进行了各种优化之后，有些情况下它就并不那么重了。在Java SE 1.6中为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗引入了偏向锁和轻量级锁。

当一个线程试图访问同步代码块时，它首先必须得到锁，退出或抛出异常时必须释放锁。 那么锁到底存在哪里呢？锁里面会存储什么信息呢？ 从JVM规范中可以看到Synchonized在JVM里的实现原理，JVM基于进入和退出Monitor对 象来实现方法同步和代码块同步，但两者的实现细节不一样。代码块同步是使用monitorenter 和monitorexit指令实现的，而方法同步是使用另外一种方式实现的，细节在JVM规范里并没有 详细说明。但是，方法的同步同样可以使用这两个指令来实现。 monitorenter指令是在编译后插入到同步代码块的开始位置，而monitorexit是插入到方法结 束处和异常处，JVM要保证每个monitorenter必须有对应的monitorexit与之配对。任何对象都有 一个monitor与之关联，当且一个monitor被持有后，它将处于锁定状态。线程执行到monitorenter 指令时，将会尝试获取对象所对应的monitor的所有权，即尝试获得对象的锁。

### （3）源码分析 ###

以下方法被synchronized 所修饰

public  synchronized void test(){ 
            System.out.println("测试synchronized");
        }

上述方法的实现细节就和下面的方式类似，只不过加锁，解锁，以及发生异常时解锁的操作都交给了内部处理

private final  Lock lock=new ReentrantLock();
        
        public   void test(){ 
            this.lock.lock();
            try { 
                System.out.println("测试synchronized");
            }finally { 
                this.lock.unlock();
            }
        }

下面看一下JVM 实现 synchronized 方法和 synchronized 代码块的细节

public class SynchonizedExample { 
    
       public    void test1(){ 
           synchronized (this){ 
               System.out.println("Test method block");
           }
       }
    
        public  synchronized  void test2(){ 
                System.out.println("Test method");
        }
    }

【1】执行javac SynchonizedExample.java编译成字节码文件  
【2】执行 javap -verbose SynTest.class查看对应的反汇编内容  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWldaaGFuZ1l1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
synchronized 代码块实际上多了 monitorenter 和 monitorexit 指令。这里有一个 monitorenter，却有两个 monitorexit 指令的原因是，JVM 要保证每个 monitorenter 必须有与之对应的 monitorexit，monitorenter 指令被插入到同步代码块的开始位置，而 monitorexit 需要插入到方法正常结束处和异常处两个地方，这样就可以保证抛异常的情况下也能释放锁。

可以把执行 monitorenter 理解为加锁，执行 monitorexit 理解为释放锁，每个对象维护着一个记录着被锁次数的计数器。未被锁定的对象的该计数器为 0

执行 monitorenter 的线程尝试获得 monitor 的所有权，会发生以下这三种情况之一：  
【1】如果该 monitor 的计数为 0，则线程获得该 monitor 并将其计数设置为 1。然后，该线程就是这个 monitor 的所有者。  
【2】如果线程已经拥有了这个 monitor ，则它将重新进入，并且累加计数  
【3】如果其他线程已经拥有了这个 monitor，那个这个线程就会被阻塞，直到这个 monitor 的计数变成为 0，代表这个 monitor 已经被释放了，于是当前这个线程就会再次尝试获取这个 monitor

monitorexit  
monitorexit 的作用是将 monitor 的计数器减 1，直到减为 0 为止。代表这个 monitor 已经被释放了，已经没有任何线程拥有它了，也就代表着解锁，所以，其他正在等待这个 monitor 的线程，此时便可以再次尝试获取这个 monitor 的所有权。

同步代码块是使用 monitorenter 和 monitorexit 指令实现的。而对于 synchronized 方法，并不是依靠 monitorenter 和 monitorexit 指令实现的，被 javap 反汇编后可以看到，synchronized 方法和普通方法大部分是一样的，不同在于，这个方法会有一个叫作 ACC\_SYNCHRONIZED 的 flag 修饰符，来表明它是同步方法。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWldaaGFuZ1l1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
被 synchronized 修饰的方法会有一个 ACC\_SYNCHRONIZED 标志。当某个线程要访问某个方法的时候，会首先检查方法是否有 ACC\_SYNCHRONIZED 标志，如果有则需要先获得 monitor 锁，然后才能开始执行方法，方法执行之后再释放 monitor 锁。其他方面， synchronized 方法和刚才的 synchronized 代码块是很类似的，例如这时如果其他线程来请求执行方法，也会因为无法获得 monitor 锁而被阻塞。

[Link 1]: https://blog.csdn.net/Octopus21/article/details/120106529
[Link 2]: https://blog.csdn.net/Octopus21/article/details/120589643
[Java_]: https://blog.csdn.net/Octopus21/article/details/120120576
[happens-before]: https://blog.csdn.net/Octopus21/article/details/120120611
[Lock_]: https://blog.csdn.net/Octopus21/article/details/120468606
[Link 3]: https://blog.csdn.net/Octopus21/article/details/120584190
[Link 4]: https://blog.csdn.net/Octopus21/article/details/120591757
[Link 5]: https://blog.csdn.net/Octopus21/article/details/120596474
[Link 6]: https://blog.csdn.net/Octopus21/article/details/120608492
[shutdown _ shutdownNow _]: https://blog.csdn.net/Octopus21/article/details/120612116
[synchronized_]: https://blog.csdn.net/Octopus21/article/details/120619359
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWldaaGFuZ1l1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220828/32cb3d2f054b42579261d82386935732.png
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