java中synchronized关键字

简介: java中synchronized关键字

java中synchronized关键字

synchronized的用法

synchronized是java中一个用于并发控制的关键字。它的用法主要有两个:

  1. 用于修饰方法。如 :
public synchronized void test(){
    ....
}
  1. 用于修饰代码块。如:
public class Test{
    public void test(){
        synchronized(Test.class){
            ...
        }
    }
}

synchronized修饰的方法或代码块同一时间只能被一个线程调用。

synchronized的原理

synchronized的原理,在修饰方法和修饰代码块的时候是不一样的。

修饰方法的时候,是隐式的。同步方法的常量池中会添加一个ACC_SYNCHRONIZED标识。当一个线程调用方法的时候,会先判断是否含有此标识。
若有此标识,会先请求获取监视器锁。获得锁后,开始执行该方法,执行完毕释放锁。在执行期间如果有其他线程请求调用该方法,会因为无法获取
锁而被阻塞,直到获取锁才能执行。这里如果执行期间出现错误,在抛错前,会先释放监视器锁。

修饰代码块的时候,是通过monitorentermonitorexit两个指令实现的。可以将两个指令理解为:执行monitorenter为加锁,执行monitorexit
为解锁。当一个线程获得锁,即执行monitorenter后,会有一个计数器进行加一操作。这个计数器是每个线程被锁次数的统计,未被加锁时该值为0。
当线程释放锁,即执行monitorexit时,计数器减一操作。当计数器为0时,锁被完全释放,其他线程才能进行调用。这里可能会有个疑问,就是为什么
这个计数器数值会累加,为什么会反复加锁?这是因为,synchronized的锁时允许重入的。即同一个线程,可以反复获取锁。至于为什么这样设计,我们稍后再说。

synchronized_原子性

我们在之前的java中volatile关键字里提到过。所谓原子性,就是一个操作,要不全部执行完毕,要不全部不执行。而CPU在处理的时候,因为有时间片的概念。
会根据不同的调度算法进行线程调度。当一个线程获得时间片之后开始执行,在时间片耗尽之后,就会失去CPU使用权。所以在多线程场景下,由于时间片在线程间轮换,就会发生原子性问题。

在前面我们提到了,java语言为了保证原子性,提供了两个字节码指令monitorentermonitorexitsynchronized关键字就是通过这两个指令来保证原子性的。

大概的原理是这样的:在多线程并发执行时,其中一个线程执行monitorenter后获得锁,此时其他线程由于无法获得锁,只能阻塞等待。这时候就算是CPU时间片耗尽了,正在执行的线程放弃了CPU,
但由于并未完全解锁,其他线程还是无法获取到锁,也就无法执行。而这里因为synchronized的锁是可以重入的,这样就是下一个时间片,还是会被拥有锁的线程获取到,它还会继续执行代码,
直到代码全部执行完毕,然后释放锁。这就保证了原子性问题,也解释了前面提到的,为什么synchronized的锁被设计成可重入的。

synchronized是可以保证原子性操作的。

synchronized_可见性

所谓可见性,就是当一个线程对某个变量进行操作后,其他线程可以立即看得到修改的值。

java中volatile关键字一文中提到过,由于计算机的缓存机制,会导致缓存一致性问题,也就是对应的可见性问题。而java的内存模型规定,每个线程有自己的工作内存,工作内存之间不交互,
它们通过主内存进行交互。

synchronized是如何保证可见性的呢,其实很简单,之前说过,它再开始执行时会获得一个锁,执行结束会释放锁。这里有个规定是这样的:对一个变量解锁之前,必须先把此变量同步回主存中。
有了这条规定,就能保证每次解锁后,其它线程就能访问到主内存中的已被修改后的值。

所以,synchronized是解决可见性问题的。

synchronized_有序性

java中volatile关键字中,我们说volatile可以解决有序性问题,是因为其可以禁止处理器优化乱序执行和指令重排等操作。那么synchronized是否也可以禁止这些操作,从而解决有序性问题呢?

答案是否定的,很遗憾synchronized关键字无法禁止乱序执行和指令重排。但是,synchronized可以解决有序性问题的,我们来看一下它是如何解决的。

其实很简单,因为在Java中,同一个线程内,所有操作其实是天然有序的,而synchronized又可以保证同一时间只有一个线程在执行操作。

所以,synchronized是可以解决有序性问题的。

总结

本文主要就是针对synchronized关键字做了简单的说明。

  1. synchronized的原理。
  2. synchronized与可见性、有序性和原子性问题的相关知识。
  3. 简单描述了java中的锁机制。

之后会再出文描述java中的锁优化问题(自旋锁,锁粗化,锁消除等)。

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