淺談Java內(nèi)部鎖synchronized

了解Java的朋友們都知道jdk提供的用于保證線程安全的鎖有兩類:內(nèi)部鎖synchronized和顯示鎖Lock,本文對內(nèi)部鎖synchronized做一些簡要的分析匯總。

內(nèi)部鎖的使用范式

1.同步實(shí)例方法

    int count;
    synchronized void syncA() {
        count++;
    }

等效于:

    int count;
    void syncA() {
        synchronized (this) {
            count++;
        }
    }

上述兩個(gè)等效的同步實(shí)例方法都是同步在this當(dāng)前對象。

2.同步靜態(tài)方法(類方法)

public class Foo {
    static int classCount;
    static synchronized void syncB() {
        classCount++;
    }
}

等效于:

public class Foo {
    static int classCount;
    static void syncB() {
        synchronized (Foo.class) {
            classCount++;
        }
    }

}

上述兩個(gè)同步的類方法都是同步在類對象Foo.class上面,類對象也是對象。

實(shí)際中我們也會(huì)經(jīng)常這樣使用:

    private final Object lock = new Object();
    
    int count;
    void syncA() {
        synchronized (lock) {
            count++;
        }
    }

作為鎖對象(鎖句柄)使用的lock最好要聲明為不可變對象,因?yàn)閷Χ鄠€(gè)線程來說,只有同步在相同的鎖(同一把鎖)上才有意義,才能保證共享數(shù)據(jù)的安全。

內(nèi)部鎖的特點(diǎn)

  1. 是互斥的,
  2. 是可重入的
  3. 是非公平的

互斥是指鎖一次只能被一個(gè)線程持有:
df6e791b643e72ee5df07ead923db0f.png

可重入是指一個(gè)線程持有鎖A,那么它還可以繼續(xù)執(zhí)行被鎖A保護(hù)的其它方法(代碼):

public class Foo2 {

    private static final Object lock = new Object();

    static void syncA() {
        synchronized (lock) {
            System.out.println("syncA: do something");
            syncB();
        }
    }

    static void syncB() {
        synchronized (lock) {
            System.out.println("syncB: do something");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        syncA();
    }

}

執(zhí)行main方法可看到如下輸出;
d93c2efb29573be1b73a251277e5f87.png

內(nèi)部鎖的可重入是由JVM實(shí)現(xiàn)的,在對象頭中會(huì)記錄重入的次數(shù),重入時(shí)只需加1即可,無需再次走申請鎖的耗費(fèi)資源的流程。

非公平是指多個(gè)線程在搶占鎖時(shí)JVM并不會(huì)保證線程先來后到的順序,非公平性可以提升吞吐量,因?yàn)樯倭司S護(hù)線程順序的開銷.

內(nèi)部鎖的簡要原理

內(nèi)部鎖synchronized在JVM中的實(shí)現(xiàn)被稱為monitor,即監(jiān)視器,所以也叫監(jiān)視器鎖。對應(yīng)的字節(jié)碼指令為:
monitorenter:分配鎖
monitorexit:釋放鎖
synchronized對應(yīng)的字節(jié)碼指令monitorenter和monitorexit總是成對出現(xiàn)(申請到鎖就能釋放鎖),所以你在代碼中使用synchronized無需手動(dòng)釋放鎖,釋放鎖由JVM保證。如下簡單的代碼

public class Foo {

    private static final Object lock = new Object();
    static int count;

    static void syncA() {
        synchronized (lock) {
            count++;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        syncA();
        System.out.println(count);
    }
}

方法syncA的字節(jié)碼指令:
c85c86788c7991e0eb41ecfd7960667.png

官方對monitor的描述:Java中每一個(gè)對象都有monitor
1d3e48833f829fb0294871e3fb74332.png

這也就回答了為什么Object類中會(huì)有wait/notify/notifyAll等方法

內(nèi)部鎖的優(yōu)化和細(xì)分類型

內(nèi)部鎖在代碼層面對應(yīng)的是synchronized關(guān)鍵字,從Java7開始JVM已經(jīng)開始對synchronized進(jìn)行優(yōu)化,并不會(huì)像早期實(shí)現(xiàn)中直接進(jìn)入重量級鎖模式。JVM對內(nèi)部鎖的優(yōu)化有:

  1. 支持鎖消除,即無鎖(JIT編譯器利用逃逸分析和內(nèi)聯(lián)優(yōu)化進(jìn)行運(yùn)行時(shí)的優(yōu)化處理)
  2. 支持偏向鎖, 對象頭中有記錄當(dāng)前鎖是否是偏向鎖及偏向線程的id
  3. 支持鎖自適應(yīng),搶鎖的線程可以自旋也可以直接升級為重量級鎖
    f17f1fb7c4519f53197eb15604a3f58.png

OK,回聊

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