synchronize的原理

本文详细探讨了Java中的synchronized关键字,包括其解决线程同步问题的原理,以及在实例方法、静态方法和对象实例上的不同应用。synchronized基于互斥锁实现,HotSpot虚拟机中通过ObjectMonitor进行管理。此外,文章还介绍了Java对象的内存布局,并讨论了锁的优化和多线程访问控制。


1、synchronize的原理
2、谈谈对Synchronized关键字,类锁,方法锁,重入锁的理解
3、static synchronized 方法的多线程访问和作用
4、同一个类里面两个synchronized方法,两个线程同时访问的问题

https://www.cnblogs.com/aspirant/p/11470858.html

概述

synchronized 关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性,synchronized关键字可以保证被它修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有一个线程执行

底层使用OS互斥锁实现,会导致“用户态和内核态”两个态之间来回切换,对性能有较大影响,所以叫做重量级锁。使用时分清具体锁的对象到底是什么

底层实现原理

底层通过 :monitorentermonitorexit 实现,其实就是 进程与线程的区分
中互斥锁的概念。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 对象监视器 monitor 的持有权。

在 Java 虚拟机(HotSpot)中,Monitor 是基于 C++实现的,由ObjectMonitor实现的。每个对象中都内置了一个 ObjectMonitor对象
另外,wait/notify 等方法也依赖于monitor对象,这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法,否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。

具体参考:并发编程BUG的源头与Java如何解决可见性和有序性问题笔记

第二点应该对应 happen-before 原则:对一个锁的解锁 Happens-Before 于后续对这个锁的加锁

  • 用法
  1. 当synchronized作用在实例方法时,监视器锁(monitor)便是对象实例(this);
  2. 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;
  3. 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;

基础知识之Java对象的内存布局

HotSpot虚拟机对象探秘

HotSpot 虚拟机中具体的锁实现:JVM 之锁优化笔记

static synchronized 方法的多线程访问和作用

  1. static synchronized 是某个类的范围,synchronized static Sync{}防止多个线程同时访问这个类中的synchronized static 方法。它可以对类的所有对象实例起作用。
  2. synchronized 是某实例的范围,synchronized isSync(){}防止多个线程同时访问这个实例中的synchronized 方法。

同一个类里面两个synchronized方法,两个线程同时访问的问题

暂不总结了,见:Synchronized 同步方法的八种使用场景

### Java `synchronized` 锁机制原理深入分析 #### 1. 锁的基本概念 在Java中,`synchronized` 是一种用于实现线程同步的关键字。它的主要作用是确保多个线程在访问共享资源时不会发生冲突[^3]。`synchronized` 的实现依赖于对象头中的 `Mark Word` 和 `Monitor`。 - **对象头**:每个Java对象都有一个对象头,其中包含 `Mark Word` 和类元数据地址。`Mark Word` 存储了锁的状态、线程ID等信息[^5]。 - **Monitor**:`Monitor` 是一种同步工具,它保证同一时刻只有一个线程可以进入被 `synchronized` 保护的代码块或方法。 #### 2. `synchronized` 的三种应用方式 ` synchronized` 可以应用于以下三种场景: - **修饰实例方法**:当 `synchronized` 修饰实例方法时,锁的对象是当前实例(`this`)。这意味着只有持有该实例锁的线程才能执行该方法[^1]。 - **修饰静态方法**:当 `synchronized` 修饰静态方法时,锁的对象是当前类的 `Class` 对象。所有线程在调用该静态方法时都需要获取类级别的锁[^3]。 - **修饰代码块**:通过指定一个明确的对象作为锁,`synchronized` 可以保护特定的代码块。例如: ```java synchronized (lock) { // 临界区代码 } ``` 这种方式提供了更细粒度的控制[^2]。 #### 3. 字节码指令实现 在JVM层面,`synchronized` 的实现依赖于两个字节码指令: - **`monitorenter`**:线程在进入 `synchronized` 块或方法时会执行此指令,尝试获取对象的锁。 - **`monitorexit`**:线程在退出 `synchronized` 块或方法时会执行此指令,释放对象的锁[^3]。 这两个指令的操作是原子的,确保了锁的获取和释放过程的安全性。 #### 4. 锁的状态升级 ` synchronized` 的锁状态会根据竞争情况动态升级,从偏向锁到轻量级锁再到重量级锁。以下是锁状态升级的过程: - **偏向锁**:当没有线程竞争时,JVM会假设锁只会被一个线程持有。此时,`Mark Word` 中存储的是偏向线程的ID,避免频繁的锁获取和释放操作[^5]。 - **轻量级锁**:当有线程竞争但竞争不激烈时,JVM会使用自旋的方式尝试获取锁。这种方式避免了线程切换的开销。 - **重量级锁**:当竞争非常激烈时,JVM会将线程挂起,进入操作系统级别的等待队列。 #### 5. 示例代码解析 以下是一个典型的 `synchronized` 使用示例: ```java public class SynchronizedExample { private int count = 0; public synchronized void increment() { count++; } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { SynchronizedExample example = new SynchronizedExample(); Thread t1 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 1000; i++) { example.increment(); } }); Thread t2 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 1000; i++) { example.increment(); } }); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); System.out.println("Count: " + example.count); } } ``` 在此示例中,`increment` 方法被 `synchronized` 修饰,因此两个线程在调用该方法时会互斥执行[^1]。 #### 6. 注意事项 - `synchronized` 的锁对象必须明确且一致。如果锁对象不同,可能会导致线程之间的竞争无法正确解决[^1]。 - 在高并发场景下,`synchronized` 的性能可能不如其他锁机制(如 `ReentrantLock`),因为它缺乏一些高级特性(如公平锁、条件变量等)[^4]。 --- ###
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