synchronized的作用

synchronized作為Java提供的鎖關(guān)鍵字,在單進(jìn)程的時(shí)候可以提供互斥的功能。
同時(shí)，由于其本身是一個(gè)關(guān)鍵字，它可以修飾方法、對(duì)象、類。

• 當(dāng)synchronized修飾非static方法時(shí)，鎖住的是當(dāng)前的實(shí)例對(duì)象.
• 當(dāng)synchronized修飾static方法時(shí)，鎖住的是當(dāng)前的Class對(duì)象.
• 當(dāng)synchronized修飾一個(gè)類時(shí)，鎖住的是括號(hào)內(nèi)配置的Class對(duì)象.

關(guān)于這個(gè)關(guān)鍵字的原理，比較復(fù)雜，這里我查閱了《并發(fā)編程的藝術(shù)》這本十分經(jīng)典的書和一些其他的資料.
來跟各位淺析一波

synchronized的原理淺析

誰提供了鎖

這里其實(shí)是操作系統(tǒng)內(nèi)核提供了鎖的能力，sychronized是管程技術(shù)在Java領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)，關(guān)于管程是什么，讀者可以通過以下鏈接去了解:

• 操作系統(tǒng) · 管程（1）
• 如何理解管程

JVM中的monitorenter和monitorexit指令

首先，每個(gè)Java對(duì)象中都內(nèi)置了一個(gè)Monitor對(duì)象，他是用來控制當(dāng)前去搶占這個(gè)對(duì)象的鎖的線程的調(diào)度者，這里為了形象去描述，來看以下的圖:

monitor

假設(shè)我們把Condition這個(gè)類用synchronized修飾，那么它就會(huì)變成一個(gè)互斥訪問的模塊，這個(gè)由Condition所對(duì)應(yīng)的Monitor來保證.

我在知乎上摘抄了一段話，來讓你更好地理解Java中的Monitor對(duì)象:

zhihu

當(dāng)線程進(jìn)入和退出Monitor對(duì)象時(shí)，都通過monitorenter和monitorexit指令，兩個(gè)指令必需成對(duì)出現(xiàn)。
在出現(xiàn)搶占現(xiàn)象時(shí)，Monitor處于鎖定狀態(tài)，這里就要將無法獲得鎖資源的線程暫時(shí)阻塞，并放入等待隊(duì)列，當(dāng)占有鎖的線程解鎖后，從等待隊(duì)列中喚醒線程.

以下是比較好理解這個(gè)過程的一篇文章:
Java面試常見問題：Monitor對(duì)象是什么？

Mark Word

Java的Object對(duì)象包含了Object Header(對(duì)象頭)、數(shù)據(jù)部分、字節(jié)對(duì)齊部分(這是為了保證對(duì)象所占的內(nèi)存大小是8的倍數(shù)).

相關(guān)的知識(shí)可以去看看馬士兵老師在B站的一些免費(fèi)視頻，感興趣的朋友可以去看看.

Java虛擬機(jī)的對(duì)象頭包括了兩部分內(nèi)容:

• Mark Word: 存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如hashCode，Generational Gc Age.
• kclass: 存儲(chǔ)指向方法區(qū)對(duì)象類型數(shù)據(jù)的指針

在32位的Hotspot虛擬機(jī)中,無鎖的狀態(tài)下Mark Word的結(jié)構(gòu)是這樣分布的:

mark word

鎖升級(jí)

在synchronized的鎖升級(jí)過程中，鎖標(biāo)志位會(huì)進(jìn)行變更.

這里我們來總結(jié)一下規(guī)律:

• 偏向鎖: 偏向第一個(gè)進(jìn)入當(dāng)前對(duì)象頭的線程,將對(duì)象頭的鎖標(biāo)志位設(shè)置為"01",同時(shí)用CAS操作把獲取到這個(gè)鎖的線程ID記錄在對(duì)象的MarkWord中,如果CAS成功，持有偏向鎖的線程進(jìn)入當(dāng)前鎖的同步塊時(shí)，虛擬機(jī)不需要進(jìn)行同步操作，直到另一個(gè)鎖來競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)前鎖時(shí)，偏向鎖結(jié)束.
  JVM默認(rèn)啟用，可以通過-XX:+UseBiasedLocking進(jìn)行配置.

偏向鎖

• 輕量級(jí)鎖: 傳統(tǒng)的重量級(jí)鎖是依賴操作系統(tǒng)的內(nèi)核資源的，在少量線程競(jìng)爭(zhēng)同步塊的時(shí)候，JVM并不會(huì)馬上采用重量級(jí)鎖來處理線程競(jìng)爭(zhēng)，而是采用輕量級(jí)鎖，它的過程，本質(zhì)上是通過CAS來自旋搶奪Mark Word的過程,這里引用《并發(fā)編程的藝術(shù)》中的流程圖:

輕量級(jí)鎖

代碼進(jìn)入同步塊時(shí)，在線程對(duì)象中開辟一個(gè)Lock Record的空間,存儲(chǔ)當(dāng)前同步塊對(duì)象的Mark Word信息(Displaced Mark Word).
然后,虛擬機(jī)將使用CAS嘗試將同步塊對(duì)象的Mark Word更新為指向線程對(duì)象Lock Record的指針，一旦更新成功，那么這個(gè)線程就擁有了該對(duì)象的鎖，此時(shí)將Mark Word的鎖標(biāo)志位設(shè)置為"00".
如果更新失敗，虛擬機(jī)會(huì)檢查同步塊對(duì)象的Mark Word是否指向當(dāng)前線程對(duì)象的棧幀，如果是，則說明當(dāng)前對(duì)象已經(jīng)持有鎖了，則繼續(xù)進(jìn)入同步塊執(zhí)行代碼，否則說明存在線程競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，此時(shí)會(huì)進(jìn)入自旋的過程，在JDK6前通過-XX:PreBlockSpin來設(shè)置自旋次數(shù)，在JDK6后引入了自適應(yīng)自旋，旋轉(zhuǎn)次數(shù)根據(jù)前一次與同一個(gè)鎖上的自旋時(shí)間及鎖的擁有者狀態(tài)來決定，如果自旋獲取鎖失敗，則進(jìn)行鎖膨脹的過程。

• 重量級(jí)鎖: 由objectMonitor實(shí)現(xiàn).

7000+字圖文并茂解帶你深入理解java鎖升級(jí)的每個(gè)細(xì)節(jié)

虛假喚醒

線程可以掛起狀態(tài)變成可運(yùn)行狀態(tài)(喚醒)，即使該線程沒有被顯性調(diào)用notify()、notifyAll(),或者被中斷、待超時(shí),這就是虛假喚醒.

解決這個(gè)問題的關(guān)鍵就是，通過循環(huán)去判斷當(dāng)前線程是否允許執(zhí)行:

sychronized(obj){
    while(條件不滿足){
        obj.wait();
    }
    // do something
}