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Java并发系列:详解Synchronized关键字

一、简介


为了提高效率,出现了多线程并发执行,并发执行处理共享变量就会带来安全性问题。那么,在java关键字synchronized就具有使每个线程依次排队操作共享变量的功能。很显然,这种同步机制效率很低,但synchronized是其他并发容器实现的基础,对它的理解也会大大提升对并发编程的感觉。


二、synchronized实现原理


2.1 monitor机制


2.1.1 Java对象头


Java中每个对象都有他的对象头,并且synchronized用的锁是存在对象头中的。
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  • Klass Word 指明对象的类型
  • Mark Word 存储hashCode或锁信息

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  • 对于数组对象,还需要32位存储数组长度(32位虚拟机);
  • 所以在java中,int类型和Integer类型所占的大小是不同的,int占4个字节,Integer是对象,本身8个字节和存储的值4个字节,总共占12个字节;

2.1.2 monitor


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  • 线程去执行临界区代码;
  • Thread-2先获得锁,成为monitor的主人,其他线程都要到blocked队列中等待;

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  • 不加synchronized关键字,对象不会关联monitor,也就不会有上述情况。也就是说,被加锁的对象,才会关联monitor,那么多个线程操作这个对象,就会有上述情况

2.2 synchronized内存语义


synchronized内存语义其实可以认为是锁的内存语义,也即锁的释放-获取的内存语义(个人理解,如有错误请指正)
在锁释放后,会将共享变量刷新到主内存中,保证其可见性,这里和volatile类似。


同理 synchronized的happens-before关系也就是JMM中happens-before规则中的监视器锁规则:对同一个锁的解锁,happens-before于对该锁的加锁。 同时其又与volatile的happens-before规则有相同的内存语义。
详细解释不再赘述。


三、synchronized拓展优化


3.1 CAS操作


链接: Java并发系列:CAS操作


3.2 锁升级


Java线程是映射到操作系统原生线程之上的,如果要阻塞或唤醒一个线程就需要操作系统的介入,需要在用户态和内核态转换。在Java早期版本中(Java5前),synchronized属于重量级锁,因为监视器锁是依赖于底层的操作系统的互斥量来实现的,挂起线程和恢复线程都要转到内核态去完成,非常消耗资源,因此引入偏向锁、轻量级锁,尽量避免用户态到内核态的切换
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==线程的访问方式==:



  • 只有一个线程来访问,有且唯一Only One
  • 有两个线程(两个线程交替访问)
  • 多个线程访问,竞争激烈

锁指向:在这里插入图片描述


3.2.1 偏向锁


==偏向锁:单线程竞争下==
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当一段同步代码一直被同一个线程多次访问,由于只有一个线程,那么该线程在后续访问时便会自动获得锁。


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线程并不会主动放弃偏向锁


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偏向锁开启:
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  • 延迟时间为4秒;

偏向锁的撤销
当有另外线程逐步来竞争锁的时候,就不能再使用偏向锁了,要升级为欸轻量级锁。竞争线程尝试CAS更新对象头但是失败了,那么会等待到==全局安全点==撤销偏向锁。全局安全的也即该时间点上没有字节码执行。
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  • 1属于上面所述的竞争失败,2属于竞争成功
  • 升级为轻量级锁后,另一个线程在外面自旋,如果成功则进入,不成功则继续自旋。如果自旋次数太多,可能升级为重量级锁。

注:Java15后逐步废弃偏向锁,原因是维护成本过高,(JVM也在不断更新)


3.2.2 轻量级锁


两个线程,交替运行(基本上是轮流执行),锁的竞争不激烈,不必升级到重量级锁去阻塞线程。
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Java6之后使用自适应自旋锁
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轻量级锁和偏向锁区别:
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3.2.3 重量级锁


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四、参考资料


1、Java并发编程的艺术 方腾飞等著;
2、黑马JUC编程;
3、大厂学苑JUC
4、深入理解Java虚拟机


作者:兴涛
链接:https://juejin.cn/post/7110770652033843237
来源:稀土掘金
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