synchronized关键字详解

本文详细解析了Java中synchronized关键字的工作原理,包括锁对象、锁的本质和实现原理。synchronized用于保证多线程环境下的资源同步,锁对象可以是实例方法、静态方法或任意对象。锁通过对象头的MarkWord字段记录锁状态和线程ID,确保同一时间只有一个线程访问共享资源。此外,还介绍了对象在内存中的分布,包括对象头、实例数据和填充部分。

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锁的对象

synchronized关键字“给某个对象加锁”,示例代码:

在这里插入图片描述

等价于:
在这里插入图片描述
实例方法的锁加在对象myClass上;静态方法的锁加在MyClass.class上。

锁的本质

如果一份资源需要多个线程同时访问,需要给该资源加锁。加锁之后,可以保证同一时间只能有一
个线程访问该资源。资源可以是一个变量、一个对象或一个文件等。
在这里插入图片描述
锁是一个“对象”,作用如下:

  1. 这个对象内部得有一个标志位(state变量),记录自己有没有被某个线程占用。最简单的情况是这个state有0、1两个取值,0表示没有线程占用这个锁,1表示有某个线程占用了这个锁。
  2. 如果这个对象被某个线程占用,记录这个线程的thread ID。
  3. 这个对象维护一个thread id list,记录其他所有阻塞的、等待获取拿这个锁的线程。在当前线程释放锁之后从这个thread id list里面取一个线程唤醒。

要访问的共享资源本身也是一个对象,例如前面的对象myClass,这两个对象可以合成一个对象。
代码就变成synchronized(this) {…},要访问的共享资源是对象a,锁加在对象a上。当然,也可以另外新建一个对象,代码变成synchronized(obj1) {…}。这个时候,访问的共享资源是对象a,而锁加在新建的对象obj1上。
资源和锁合二为一,使得在Java里面,synchronized关键字可以加在任何对象的成员上面。这意味着,这个对象既是共享资源,同时也具备“锁”的功能!

实现原理

锁如何实现?
在对象头里,有一块数据叫Mark Word。在64位机器上,Mark Word是8字节(64位)的,这64位中有2个重要字段
锁标志位
占用该锁的thread ID
因为不同版本的JVM实现,对象头的数据结构会有各种差异。

再细一点请看下面:

在 JVM 中,对象在内存中分为三块区域:

对象头

  • Mark Word(标记字段):默认存储对象的HashCode,分代年龄和锁标志位信息。它会根据对象的状态复⽤⾃⼰的存储空间,也就是说在运⾏期间Mark Word⾥存储的数据会随着锁标志位的变化⽽变化。
  • Klass Point(类型指针):对象指向它的类元数据的指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。
  • 实例数据
    这部分主要是存放类的数据信息,⽗类的信息。
  • 对其填充
    由于虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍,填充数据不是必须存在的,仅仅是为了字节对⻬。
    在这里插入图片描述

Tip:不知道⼤家有没有被问过⼀个空对象占多少个字节?就是8个字节,是因为对⻬填充的关系哈,不到8个字节对其填充会帮我们⾃动补⻬。

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