【Java多线程】Synchronized和lock底层剖析_synchronized (lock)-优快云博客

本文详细介绍了Java中的synchronized关键字和Lock接口的实现原理，包括它们如何保证原子性、可见性和有序性。synchronized基于JVM的Monitor和操作系统互斥锁，有三种使用方式：实例方法、静态方法和代码块。Lock锁则依赖于AQS、CAS和LockSupport，提供了更细粒度的控制。此外，文章还讨论了可重入锁、公平锁与非公平锁的概念，以及AQS的核心思想和实现机制。

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Synchronized原理

synchronized 锁在 Java 中经常使用，它的源码是 C++ 实现的。

synchronized 同步锁是通过 JVM 内置的 Monitor 监视器实现的，而监视器又是依赖操作系统的互斥锁 Mutex 实现的。

Synchronized是Java中解决并发问题的一种最常用的方法，也是最简单的一种方法。Synchronized的作用主要有三个：

原子性：确保线程互斥的访问同步代码；
可见性：保证共享变量的修改能够及时可见，其实是通过Java内存模型中的 “对一个变量unlock操作之前，必须要同步到主内存中；如果对一个变量进行lock操作，则将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用此变量前，需要重新从主内存中load操作或assign操作初始化变量值” 来保证的；
有序性：有效解决重排序问题，即 “一个unlock操作先行发生(happen-before)于后面对同一个锁的lock操作”；

Synchronized总共有三种用法：

当synchronized作用在实例方法时，监视器锁（monitor）便是对象实例（this）；
当synchronized作用在静态方法时，监视器锁（monitor）便是对象的Class实例，因为Class数据存在于永久代，因此静态方法锁相当于该类的一个全局锁；
当synchronized作用在某一个对象实例时，监视器锁（monitor）便是括号括起来的对象实例；

Lock锁底层实现原理

lock锁底层基于AQS+CAS+LockSupport锁实现

LockSupport用法

public class test01 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"start");
            LockSupport.park();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"end");
        });
        t1.start();

        try{
            Thread.sleep(3000);
        }catch (Exception e){

        }
        LockSupport.unpark(t1);
    }
}

CAS介绍

Compare and Swap，翻译成比较并交换。执行函数CAS(V,E,N)，3个操作数，内存值V，旧的预期值E，要修改的新值N。当且仅当预期值E和内存值V相同时，将内存值V修改为N，否则什么都不做。
在这里插入图片描述

示例：

在这里插入图片描述

可重入锁

可重入锁，也叫做递归锁，是指在一个线程中可以多次获取同一把锁，比如：一个线程在执行一个带锁的方法，该方法中又调用了另一个需要相同锁的方法，则该线程可以直接执行调用的方法【即可重入】，而无需重新获得锁。

Lock公平锁与非公平锁

在这里插入图片描述

默认为非公平锁（false）

公平锁：队列中，原则上先进先出后进后出。

非公平锁：非公平锁相当于，来了一个强行加塞的老司机，它不会准守排队规则，来了之后就会试图强行加塞，如果加塞成功就顺利通过，当然也有可能加塞失败，如果失败就乖乖去后面排队，这种情况就是非公平锁。

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）

AQS核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，那么就将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，将共享资源设置为锁定状态；如果共享资源被占用，就需要一定的阻塞等待唤醒机制来保证锁分配。这个机制主要用的是CLH队列的变体实现的，将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

AQS底层实现原理：

状态0,1，>1当前线程重入

状态：0 当前我们锁没有被任何线程持有

状态：1 锁已经被其他线程持有

有一个没有获取到锁的线程集合（双向链表）

Sychonised和lock锁的区别

Lock基于AQS封装的锁，结合CAS实现，而Lock锁的升级过程需要自己实现。Synchronized是基于c++虚拟机封装，jdk 1.6优化可以实现锁的升级过程。

1）synchronized可以给类、方法、代码块加锁；而lock只能给代码块加锁。
2)synchronized不需要手动获取锁和释放锁，使用简单，发生异常会自动释放锁，不会造成死锁；而lock需要自己加锁和释放锁，如果使用不当没有unLock()去释放锁就会造成死锁。
3)通过Lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到。

代码实现lock

import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedDeque;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

public class Mylock {

    //锁的状态 0===没有线程获取到锁,1===已经有线程获取到锁
    private AtomicInteger lockState = new AtomicInteger(0);
    //获取锁的线程
    private Thread getLockThread = null;
    //没有获取到锁的线程
    private ConcurrentLinkedDeque<Thread> concurrentLinkedDeque = new ConcurrentLinkedDeque<>();
    //获取锁
    public void lock(){
        acquire();
    }
    //释放锁
    public boolean unlock(){
        if (getLockThread == null){
            return false;
        }
        if (getLockThread == Thread.currentThread()){
            boolean result = compareAndSet(1,0);
            if (result){
                //公平锁唤醒：
                Thread first = concurrentLinkedDeque.getFirst();
                System.out.println(first.getName()+",被唤醒");
                LockSupport.unpark(first);
                //非公平锁唤醒,需要唤醒队列中所有
                return true;
            }
        }

        return false;
    }

    public boolean acquire(){
        for (;;){
            if (compareAndSet(0,1)){
                //获取锁成功
                getLockThread = Thread.currentThread();
                return true;
            }
            //获取锁失败
            Thread thread = Thread.currentThread();
            concurrentLinkedDeque.add(thread);
            //阻塞
            LockSupport.park();
        }
    }
    private boolean compareAndSet(int expect, int update){
        return lockState.compareAndSet(expect, update);
    }
}