java并发synchronized的原理和应用

时间  2019-11-15
标签 java 并发 synchronized 原理 应用 栏目 Java 繁體版
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java并发编程这个领域中synchronized关键字一直都是元老级的角色，在java早期版本中，synchronized属于重量级锁，效率低下，由于监视器锁（monitor）是依赖于底层的操做系统的Mutex Lock来实现的，java的线程是映射到操做系统的原生线程之上的。若是要挂起或者唤醒一个线程，都须要操做系统帮忙完成，而操做系统实现线程之间的切换时须要从用户态转换到内核态，这个状态之间的转换须要相对比较长的时间，时间成本相对较高。在JDK1.6以后java官方对从JVM层面对synchronized 较大优化，因此如今的synchronized锁效率也优化得很不错。JDK1.6对锁的实现引入了大量的优化，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小锁操做的开销。java

synchronized实现原理

经过反编译下面的代码来看看Synchronized是如何实现对代码块进行同步的，切换到类的对应目录执行javac SynchronizedTest.java命令生成编译后的.class文件，而后执行javap -v SynchronizedTest.class。编程

1）synchronized同步代码块并发

public class SynchronizedTest {

    public static void main(String[] args) {
        new SynchronizedTest().method();
    }

    public void method() {
        synchronized (this) {
            System.out.println("synchronized 代码块");
        }
    }
}

图片描述

从上面咱们能够看出：synchronized 同步语句块的实现使用的是 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。 当执行 monitorenter 指令时，线程试图获取锁也就是获取 monitor(monitor对象存在于每一个Java对象的对象头中，synchronized 锁即是经过这种方式获取锁的，也是为何Java中任意对象能够做为锁的缘由) 的持有权.当计数器为0则能够成功获取，获取后将锁计数器设为1也就是加1。相应的在执行 monitorexit 指令后，将锁计数器设为0，代表锁被释放。若是获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞等待，直到锁被另一个线程释放为止。异步

synchronized的语义底层是经过一个monitor的对象来完成，其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象，这就是为何只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，不然会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的缘由。ide

2）synchronized修饰方法优化

public class SynchronizedTest {

    public static void main(String[] args) {
        new SynchronizedTest().method();
    }

    public synchronized void method() {
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

图片描述

synchronized 修饰的方法的同步并无 monitorenter 指令和 monitorexit 指令完成（理论上其实也能够经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，若是设置了，执行线程将先获取monitor，获取成功以后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。在方法执行期间，其余任何线程都没法再得到同一个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，无需经过字节码来完成。this

小结：对于同步块的实现使用了monitorenter和monitorexit指令，而同步方法则是依靠方法修饰符上的ACC_SYNCHRONIZED来完成的。不管采用哪一种方法，其本质是对一个对象的监视器（monitor）进行获取，而这个获取过程是排他的，也就是同一个时刻只能有一个线程获取到由synchronized所保护对象的监视器。spa

synchronized的应用

synchronized实现同步的基础是：Java中每一个对象均可以做为锁，具体表现为如下三种形式：
1.对于普通同步方法，锁是当前实例对象；
2.对于静态同步方法，锁是当前类的class对象；
3.对于同步方法块，锁是synchronized括号里配置的对象操作系统

1）多个线程访问的是多个对象.net

public class HasSelfPrivateNum {

    private int num = 0;

    public static void main(String[] args) {

        HasSelfPrivateNum numRef1 = new HasSelfPrivateNum();
        HasSelfPrivateNum numRef2 = new HasSelfPrivateNum();

        ThreadTestA thread1 = new ThreadTestA(numRef1);
        thread1.start();

        ThreadTestB thread2 = new ThreadTestB(numRef2);
        thread2.start();
    }

    synchronized public void add(String username) {
        try {
            if (username.equals("a")) {
                num = 100;
                System.out.println("a set over!");

                Thread.sleep(2000);
            } else {
                num = 200;
                System.out.println("b set over!");
            }
            System.out.println(username + " num=" + num);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    static public class ThreadTestA extends Thread {
        private HasSelfPrivateNum numRef;

        public ThreadTestA(HasSelfPrivateNum numRef) {
            this.numRef = numRef;
        }

        @Override
        public void run() {
            numRef.add("a");
        }
    }

    static public class ThreadTestB extends Thread {
        private HasSelfPrivateNum numRef;

        public ThreadTestB(HasSelfPrivateNum numRef) {
            this.numRef = numRef;
        }

        @Override
        public void run() {
            numRef.add("b");
        }
    }
}

图片描述
两个线程ThreadTestA和ThreadTestB分别访问同一个类的不一样实例的相同名称的同步方法，可是效果确实异步执行，由于synchronized取得的锁都是对象锁，而不是把一段代码或方法当作锁。因此在上面的实例中，哪一个线程先执行带synchronized关键字的方法，则哪一个线程就持有该方法所属对象的锁Lock，那么其余线程只能呈等待状态。当前建立了两个HasSelfPrivateNum类对象，因此就产生了两个锁。当ThreadTestA的引用执行到add方法run中的Thread.sleep(2000)语句时，ThreadB就会“伺机执行”。

2）多个线程访问的是同一个对象

public static void main(String[] args) {

    HasSelfPrivateNum numRef = new HasSelfPrivateNum();

    ThreadTestA thread1 = new ThreadTestA(numRef);
    thread1.start();

    ThreadTestB thread2 = new ThreadTestB(numRef);
    thread2.start();
}

图片描述
多个线程访问的是同一个对象，哪一个线程先执行带synchronized关键字的方法，则哪一个线程就持有该方法，那么其余线程只能呈等待状态。若是多个线程访问的是多个对象则不必定，由于多个对象会产生多个锁。

3）脏读
发生脏读的状况实在读取实例变量时，此值已经被其余线程更改过。

public class PublicVar {
    public String username = "A";
    public String password = "AA";

    synchronized public void setValue(String username, String password) {
        try {
            this.username = username;
            Thread.sleep(3000);
            this.password = password;

            System.out.println("setValue method thread name="
                    + Thread.currentThread().getName() + " username="
                    + username + " password=" + password);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //该方法前加上synchronized关键字就同步了
    public void getValue() {
        System.out.println("getValue method thread name="
                + Thread.currentThread().getName() + " username=" + username
                + " password=" + password);
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            PublicVar publicVarRef = new PublicVar();
            ThreadC thread = new ThreadC(publicVarRef);
            thread.start();

            Thread.sleep(500);//打印结果受此值大小影响

            publicVarRef.getValue();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    static class ThreadC extends Thread {

        private PublicVar publicVar;

        public ThreadC(PublicVar publicVar) {
            this.publicVar = publicVar;
        }

        @Override
        public void run() {
            publicVar.setValue("B", "BB");
        }
    }
}

图片描述

4）静态同步synchronized方法与synchronized(class)代码块
synchronized关键字加到static静态方法和synchronized(class)代码块上都是是给Class类上锁，而synchronized关键字加到非static静态方法上是给对象上锁。

public class SynchronizedTest2 {

    public static void printA() {
        synchronized (SynchronizedTest2.class) {
            try {
                System.out.println(
                        "线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printA");
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println(
                        "线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printA");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    synchronized public static void printB() {
        System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printB");
        System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printB");
    }

    synchronized public void printC() {
        System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printC");
        System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printC");
    }


    static class ThreadA extends Thread {
        private SynchronizedTest2 test;

        public ThreadA(SynchronizedTest2 test) {
            this.test = test;
        }

        @Override
        public void run() {
            test.printA();
        }
    }

    static class ThreadB extends Thread {
        private SynchronizedTest2 test;

        public ThreadB(SynchronizedTest2 test) {
            this.test = test;
        }

        @Override
        public void run() {
            test.printB();
        }
    }

    static class ThreadC extends Thread {
        private SynchronizedTest2 test;

        public ThreadC(SynchronizedTest2 test) {
            this.test = test;
        }

        @Override
        public void run() {
            test.printC();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedTest2 test = new SynchronizedTest2();
        ThreadA a = new ThreadA(test);
        a.setName("A");
        a.start();

        ThreadB b = new ThreadB(test);
        b.setName("B");
        b.start();

        ThreadC c = new ThreadC(test);
        c.setName("C");
        c.start();
    }
}

图片描述
静态同步synchronized方法与synchronized(class)代码块持有的锁同样，都是Class锁，Class锁对对象的全部实例起做用。synchronized关键字加到非static静态方法上持有的是对象锁。线程A,B和线程C持有的锁不同，因此A和B运行同步，可是和C运行不一样步。

参考文献：
Java并发编程的艺术
https://blog.csdn.net/qq_3433...

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