是时候来唠一唠synchronized关键字了,Java多线程的必问考点!

简介: 本文简要介绍了Java中的`synchronized`关键字,它是用于保证多线程环境下的同步,解决原子性、可见性和顺序性问题。从JDK1.6开始,synchronized进行了优化,性能得到提升,现在仍可在项目中使用。synchronized有三种用法:修饰实例方法、静态方法和代码块。文章还讨论了synchronized修饰代码块的锁对象、静态与非静态方法调用的互斥性,以及构造方法不能被同步修饰。此外,通过反汇编展示了`synchronized`在方法和代码块上的底层实现,涉及ObjectMonitor和monitorenter/monitorexit指令。

写在开头

在之前的博文中,我们介绍了volatile关键字,Java中的锁以及锁的分类,今天我们花5分钟时间,一起学习一下另一个关键字:synchronized

synchronized是什么?

首先synchronized是Java中的一个关键字,所谓关键字,就是Java中根据底层封装所赋予的一种具有特殊语义的单词,而synchronized译为同步之意,可保证在同一时刻,被它修饰的方法或代码块只能有一个线程执行,它的使用解决了并发多线程中的三大问题:原子性、可见性、顺序性

很多小伙伴在过往的书籍中可能会看到说synchronized是一种重量级锁,性能差,不建议在代码中使用,其实这是早期的synchronized特点,自JDK1.6之后,synchronized 引入了大量的优化如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销,这些优化让 synchronized 锁的效率提升了很多。因此, synchronized 还是可以在实际项目中使用的,像 JDK 源码、很多开源框架都大量使用了 synchronized 。

synchronized的使用

synchronized在Java中主要的3种使用方式:

  1. 修饰实例方法: 为当前对象实例加锁,进入同步方法需要先获取对象锁;
  2. 修饰静态方法: 为当前类加锁,锁定的是Class对象,进入同步方法需要先获取类锁;
  3. 修饰代码块: 为指定对象加锁,进入同步方法需要先获取指定对象的锁。

样例:

//修饰实例方法,为当前实例加锁
synchronized void method() {
   
   
    //业务代码
}
//修饰静态方法,锁为当前Class对象
synchronized static void method() {
   
   
    //业务代码
}
//修饰代码块,锁为括号里面的对象
synchronized(this) {
   
   
    //业务代码
}

写到这里,突然想到了3个面试可能会考的知识点,列举一下!

问题1:synchronized修饰代码块可以给类加锁吗?

当然可以!我们前面说了修饰代码块时,是给代码中的对象加锁,这里面的对象既可以是实例也可以是类。

问题2:静态 synchronized 方法和非静态 synchronized 方法之间的调用互斥么?

不互斥!如果线程A调用一个实例对象的非静态synchronized方法,线程B同时去调用这个实例对象所属类的静态synchronized方法并不会发生互斥,因为线程A此时拿到的是实例对象锁,而线程B拿到的是当前类的锁。

问题3:构造方法可以用 synchronized 修饰么?

不可以!构造方法本身就是线程安全的,在Java开发规范里也明确告诉我们

构造方法不能是抽象的(abstract)、静态的(static)、最终的(final)、同步的(synchronized)。

synchronized的底层原理

在synchronized的底层(JVM层面),针对方法与代码块的实现逻辑是不同的,因此我们在分析底层原理是也要分别来看。

1、当synchronized修饰方法时

public class Test {
   
   
    public synchronized void method() {
   
   
        System.out.println("synchronized 方法");
    }
}

我们通过对编译后的class文件进行反编译后,分析其底层实现。

知识点扩展:
我们通过javap命令进行反编译,javap是Java class文件分解器,可以反编译,也可以查看java编译器生成的字节码等。
javap参数如下:

image.png

使用方式,既可以在电脑的命令行提示符中使用,也可以通过idea的terminal终端使用,我这里采用idea中进行反汇编操作。参考命令:javap -c -v Test.class

【反汇编结果】

image.png

由上图可看出同步方法通过加 ACC_SYNCHRONIZED 标识实现线程的执行权的控制,如果修饰的是实例方法,JVM会获取对象锁,如果修饰的是静态方法,JVM会获取当前类锁。

2、当synchronized修饰代码块时

public class Test {
   
   
    public void method() {
   
   
        synchronized (this) {
   
   
            System.out.println("synchronized");
        }
    }
}

【反汇编结果】

image.png

与同步方法不同,同步代码块中使用了monitorenter 和 monitorexit 指令,其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置,monitorexit 指令则指明同步代码块的结束位置,并且monitorexit标识有2个,以保证在正常执行和异常情况下均可释放锁。

在命令执行到monitorenter时,线程会去尝试获取对象得锁,这里也可称之为对象所对应的monitor所有权。写到这里,我们又要做一个知识点扩展啦。

知识点扩展:

在JVM中monitor的底层基于C++实现,被称之为对象监视器,每个对象都会内置一个ObjectMonitor与之关联,关联的起始地址存于对象头的MarkWord中。

image.png

ObjectMonitor几个关键属性:

  • _owner:指向持有ObjectMonitor对象的线程
  • _WaitSet:存放处于wait状态的线程队列
  • EntryList:存放处于等待锁block状态的线程队列
  • recursions:锁的重入次数
  • _count:用来记录该线程获取锁的次数

当多个线程同时访问同步代码时,会被放入EntryList中,根据线程优先级尝试获取对象锁,如果锁的计数器为 0 则表示锁可以被获取,获取到锁的线程进入owner区域,count加1,这里其实还有之前说的object中的wait/notify/notifyall的组合,也依赖monitor,所以他们才必须用在同步方法或代码块中。
对象锁的的拥有者线程才可以执行 monitorexit 指令来释放锁。在执行 monitorexit 指令后,将锁计数器设为 0,表明锁被释放,其他线程可以尝试获取锁。

总结

关于synchronized的介绍其实远没有结束,还有很多细节可以值得学习,我们会在后面的文章中逐渐补充,避免文章过长,读者失去阅读的耐心!

结尾彩蛋

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