synchronized原理分析

synchronized的三种应用方式

修饰实例方法，作用于当前实例加锁，进入同步代码前要获得当前实例的锁。

public synchronized void method(){
   // todo
}

修饰静态方法，作用于当前类加锁，进入同步代码前要获得当前类的锁。

public synchronized static void method(){
   // todo
}

修饰代码块，指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象。

public void method(){
   synchronized(this) {
      // todo
   }
}

synchronized的实现

对于同步方法和同步代码块，synchronized实现有所差别。
我们首先对同步方法进行反编译

public class SynchronizedTest {

    private static int count = 0;

    public void method() {
        synchronized (this) {
            count++;
        }
    }

    public static synchronized void inc() {
        try {
            Thread.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        count++;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    inc();
                }
            }).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("运行结果" + count);
    }
}

反编译的结果如图所示

image.png

从反编译的结果中我们可以看到monitorenter和monitorexit两条指令。
对于monitorenter, 每个对象有一个监视器锁（monitor）。当monitor被占用时就会处于锁定状态，线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下：
1、如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者。
2、如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1.
3.如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权。
对于monitorexit, 指令执行时，monitor的进入数减1，如果减1后进入数为0，那线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权。

通过这两段描述，我们应该能很清楚的看出Synchronized的实现原理，Synchronized的语义底层是通过一个monitor的对象来完成，其实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。

对于同步方法反编译结果入下图

image.png

从反编译的结果来看，方法的同步并没有通过指令monitorenter和monitorexit来完成（理论上其实也可以通过这两条指令来实现），不过相对于普通方法，其常量池中多了ACC_SYNCHRONIZED标示符。JVM就是根据该标示符来实现方法的同步的：当方法调用时，调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。在方法执行期间，其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。其实本质上没有区别，只是方法的同步是一种隐式的方式来实现，无需通过字节码来完成。

总结

Synchronized是Java并发编程中最常用的用于保证线程安全的方式，其使用相对也比较简单。但是如果能够深入了解其原理，对监视器锁等底层知识有所了解，一方面可以帮助我们正确的使用Synchronized关键字，另一方面也能够帮助我们更好的理解并发编程机制，有助我们在不同的情况下选择更优的并发策略来完成任务。对平时遇到的各种并发问题，也能够从容的应对。

最后编辑于：2020.08.16 18:16:41