浅谈Java内部锁synchronized

了解Java的朋友们都知道jdk提供的用于保证线程安全的锁有两类:内部锁synchronized和显示锁Lock,本文对内部锁synchronized做一些简要的分析汇总。

内部锁的使用范式

1.同步实例方法

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

等效于:

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

上述两个等效的同步实例方法都是同步在this当前对象。

2.同步静态方法(类方法)

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++;
        }
    }

}

上述两个同步的类方法都是同步在类对象Foo.class上面,类对象也是对象。

实际中我们也会经常这样使用:

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

作为锁对象(锁句柄)使用的lock最好要声明为不可变对象,因为对多个线程来说,只有同步在相同的锁(同一把锁)上才有意义,才能保证共享数据的安全。

内部锁的特点

  1. 是互斥的,
  2. 是可重入的
  3. 是非公平的

互斥是指锁一次只能被一个线程持有:
df6e791b643e72ee5df07ead923db0f.png

可重入是指一个线程持有锁A,那么它还可以继续执行被锁A保护的其它方法(代码):

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();
    }

}

执行main方法可看到如下输出;
d93c2efb29573be1b73a251277e5f87.png

内部锁的可重入是由JVM实现的,在对象头中会记录重入的次数,重入时只需加1即可,无需再次走申请锁的耗费资源的流程。

非公平是指多个线程在抢占锁时JVM并不会保证线程先来后到的顺序,非公平性可以提升吞吐量,因为少了维护线程顺序的开销.

内部锁的简要原理

内部锁synchronized在JVM中的实现被称为monitor,即监视器,所以也叫监视器锁。对应的字节码指令为:
monitorenter:分配锁
monitorexit:释放锁
synchronized对应的字节码指令monitorenter和monitorexit总是成对出现(申请到锁就能释放锁),所以你在代码中使用synchronized无需手动释放锁,释放锁由JVM保证。如下简单的代码

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的字节码指令:
c85c86788c7991e0eb41ecfd7960667.png

官方对monitor的描述:Java中每一个对象都有monitor
1d3e48833f829fb0294871e3fb74332.png

这也就回答了为什么Object类中会有wait/notify/notifyAll等方法

内部锁的优化和细分类型

内部锁在代码层面对应的是synchronized关键字,从Java7开始JVM已经开始对synchronized进行优化,并不会像早期实现中直接进入重量级锁模式。JVM对内部锁的优化有:

  1. 支持锁消除,即无锁(JIT编译器利用逃逸分析和内联优化进行运行时的优化处理)
  2. 支持偏向锁, 对象头中有记录当前锁是否是偏向锁及偏向线程的id
  3. 支持锁自适应,抢锁的线程可以自旋也可以直接升级为重量级锁
    f17f1fb7c4519f53197eb15604a3f58.png

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