synchronized连环炮,不信你能对答如流

synchronized是面试中经常会被问到的知识点,相关的问题点也很多,问题答案涉及的知识点也很多,有经验的面试官就会顺着你的答案不断追问一下,下面的对话场景就是相关面试题的连环炮。

面试官:说一下synchronized的作用。

小白:对于单一JVM来说,synchronized可以保证在并发情况下,同一时刻只有一个线程执行某个方法或某段代码,它可用于修饰方法或代码块,实现对同步代码的并发安全控制。

面试官:你刚刚说synchronized可用于修饰方法和代码块,他们有什么区别呢?

小白:修饰方法在底层实现上会在方法访问标识中设置ACC_SYNCHRONIZED标示符,修饰代码块在底层实现上会使用monitorenter和monitorexit指令。

面试官:那你说一下修饰方法方式的底层实现原理?

小白:反编译字节码文件,可以看到在方法的flags中设置了ACC_SYNCHRONIZED访问标识。每个对象都与一个monitor相关联,当且仅当monitor被线程持有时,monitor处于锁定状态。当方法执行时,线程将先尝试获取对象相关联的monitor所有权,然后再执行方法,最后在方法完成(无论是正常执行还是非正常执行)时释放monitor所有权。在方法执行期间,线程持有了monitor所有权,其它任何线程都无法再获得同一个对象相关联的monitor所有权。

上面的答案会引发面试官提问Java对象头和锁相关的问题,需要有心理准备。

面试官:那你再说一下修饰代码块方式的底层实现原理?

小白:反编译字节码文件,可以看到在逻辑代码前添加了monitorenter指令,在逻辑代码尾添加了monitorexit指令。当方法执行时,当前线程执行monitorenter指令尝试获取对象相关联的monitor所有权时,如果此时这个monitor的计数器是0,那么当前线程持有该monitor,同时monitor计数器设置为1;如果当前线程已经持有了对象相关联的monitor所有权,只是想重新获取,那么继续持有该monitor,同时monitor计数器加1;如果有其它线程已经持有了对象相关联的monitor所有权,当前线程阻塞,直到monitor计数器为0,再次尝试获取所有权。方法正常执行或发生异常时,会执行monitorexit指令,释放monitor所有权,monitor计数器减1。

面试官:你刚刚说到了Monitor,能详细再说说吗?

小白:Java虚拟机中,synchronized支持的同步方法和同步语句都是使用monitor来实现的。每个对象都与一个monitor相关联,当一个线程执行到一个monitor监视下的代码块中的第一个指令时,该线程必须在引用的对象上获得一个锁,这个锁是monitor实现的。在HotSpot虚拟机中,monitor是由ObjectMonitor实现,使用C++编写实现,具体代码在HotSpot虚拟机源码ObjectMonitor.hpp文件中。

查看源码会发现,主要的属性有_count(记录该线程获取锁的次数)、_recursions(锁的重入次数)、_owner(指向持有ObjectMonitor对象的线程)、_WaitSet(处于wait状态的线程集合)、_EntryList(处于等待锁block状态的线程队列)。

当并发线程执行synchronized修饰的方法或语句块时,先进入_EntryList中,当某个线程获取到对象的monitor后,把monitor对象中的_owner变量设置为当前线程,同时monitor对象中的计数器_count加1,当前线程获取同步锁成功。

当synchronized修饰的方法或语句块中的线程调用wait()方法时,当前线程将释放持有的monitor对象,monitor对象中的_owner变量赋值为null,同时,monitor对象中的_count值减1,然后当前线程进入_WaitSet集合中等待被唤醒。

面试官:你的回答中说到了锁,那一个对象的锁状态存在哪里?

小白:Java对象的对象头中。

面试官:对象头中包含哪些内容?

小白:一部分是对象自身的运行时数据,如哈希码(HashCode)、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等,官方称它为“Mark Word”;一部分是类型指针,即是对象指向它的类的元数据的指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例;如果对象是一个Java数组,那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据,因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息确定Java对象的大小,但是从数组的元数据中无法确定数组的大小。

面试官:对对象头中的锁状态标识来说,synchronized属于哪一级别的锁?

小白:重量级锁。

面试官:JVM对锁进行了哪些优化?

小白:......

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