Synchronized

作用

​ 以一种简单的策略来防止线程干扰和内存一致性错误，如果一个对象对多个线程可见，该对象变量的所有读取或写入都是通过同步方法完成的。

​ 即：能够保证在同一时刻最多只有一个线程执行该段代码，达到保证并发安全的效果。

• Synchronized是Java的关键字，被Java原生支持。

• 是最基本的互斥同步手段。

用法

• 对象锁
  • 方法锁（锁对象为this当前实例对象）
  • 同步代码锁（自己指定锁对象）
• 类锁：只有一个Class对象
  • synchronized修饰静态方法
  • 指定锁为Class对象

多线程访问同步方法的7种情况

1、两个线程同时访问一个对象的同步方法

​ 串行执行

2、两个线程访问的是两个对象的同步方法

​ 并行执行，不是一个对象。

3、两个线程访问的是synchronized的静态方法

​ 串行执行，只有一个Class对象

4、同时访问同步方法和非同步方法

​ 串行执行

5、访问同一个对象的不同的普通同步方法

​ 串行，this是同一个

6、同时访问静态synchronized和非静态的synchronized方法

​ 并行执行，锁对象不是同一个

7、方法抛出异常后，释放锁

​ synchronized会自动释放，Lock等不会

三个核心思想

1. 一把锁只能同时被一个线程获取，没有拿到锁的线程必须等待（对应第1、5种情况）
2. 每个实例都对应有自己的一把锁，不同实例之前互不影响；
   例外：锁对象是*.class以及synchronized修饰的是static方法的时候，所有对象共用同一把类锁（对应2、3、4、6种情况）
3. 无论是方法正常执行完毕或者方法抛出异常，都会释放锁（对应第7种情况）

性质

1、可重入：

​ 同一个线程的外层函数获取锁后，内层函数可以直接再次获取该锁。

2、不可中断

原理

1、加锁和释放锁的原理：Monitor

2、可重入原理：加锁次数计数器

3、可见性原理：内存模型

缺点

1、效率低

• 锁的释放情况少
• 视图获取锁时不能设置超时时间
• 不能中断一个正在视图获取锁的线程

2、灵活度较差

• 加锁和释放锁的时机单一
• 每个锁仅有单一的对象

3、无法知道是否成功获取到锁

注意点

1、锁对象不能为空、作用域不宜过大、避免死锁

2、尽量使用JUC包下的类，再考虑Synchronized，再考虑Lock

Monitor是什么

• 是一种用来实现同步的工具
• 与每个Java对象相互关联，：每个java对象都有一个Monitor相对应
• Monitor是实现Sychronized的基础

Monitor与Java对象和线程之间关联

• 如果一个java对象被某个线程锁住，则该java对象的Mark Word字段中LockWord指向monitor的起始地址
• Monitor的Owner字段会存放拥有相关联对象锁的线程id

说明：

java对象在堆中的基本内存结构，分为三个部分：

1、对象头(header)：包括Mark Word(标记字段)和Class Pointer(类型指针)

2、实例数据(instance data)：对象真正存储的有效信息，即代码中定义的各种类型的字段内容

3、对齐填充(padding)：由HotSpot虚拟机定义对象起始地址必须是8字节整数倍，当不是整数倍时，需要填充数据补齐，因为对补齐的数据访问只需要一次内存访问即可

Monitor的结构

• _count：记录owner线程获取锁的次数。这决定了synchronized是可重入的。
• _owner：初始时为NULL表示当前没有任何线程拥有该monitor record，当线程成功拥有该锁后保存线程唯一标识，当锁被释放时又设置为NULL。
• _WaitSet：存放处于wait状态的线程队列
• _EntryList：存放等待锁而被block的线程队列

Monitor的具体实现

• Monitor是在jvm底层实现的，底层代码是c++
• Monitor的enter方法：获取锁
• Monitor的exit方法：释放锁
• Monitor的wait方法：为java的Object的wait方法提供支持
• Monitor的notify方法：为java的Object的notify方法提供支持
• Monitor的notifyAll方法：为java的Object的notifyAll方法提供支持

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public class SynchronizedTest {
    public int i = 0;
    public void syncTask(){
        synchronized (this){
            i++;
        }
    }
}

javap -verbose SynchronizedTest.class

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  public void syncTask();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=3, locals=3, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: astore_1
         // 进入同步方法
         3: monitorenter
         4: aload_0
         5: dup
         6: getfield      #2                  // Field i:I
         9: iconst_1
        10: iadd
        11: putfield      #2                  // Field i:I
        14: aload_1
        // 退出同步方法
        15: monitorexit
        16: goto          24
        19: astore_2
        20: aload_1
        21: monitorexit
        22: aload_2
        23: athrow
        24: return
}

存在两个 monitorexit，为了保证在异常时能够释放锁。

另一种形式：

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public class SynchronizedTest {
    public int i = 0;
    public synchronized void syncTask(){
        i++;
    }
}

采用：ACC_SYNCHRONIZED 标识。

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public synchronized void syncTask();
   descriptor: ()V
   flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
   Code:
     stack=3, locals=1, args_size=1
        0: aload_0
        1: dup
        2: getfield      #2                  // Field i:I
        5: iconst_1
        6: iadd
        7: putfield      #2                  // Field i:I
       10: return
     LineNumberTable:
       line 10: 0
       line 11: 10