juc-4-synchronized原理

news2024/10/7 14:26:45

1、synchronized 作用于静态方法

总结

编辑

案例静态成员变量 (synchronized锁非静态方法)

案例静态成员变量 (synchronized锁静态方法或直接锁类)

2、监视器锁(monitor)

2.1 synchronized怎么实现的线程安全呢？

3、JDK6 synchronized 的优化

3.1 CAS讲解

3.2 synchronized

3.2.1 java对象的布局

3.2.2 偏向锁

3.2.3 偏向锁的撤销

3.2.4轻量级锁（自旋锁/自适应自旋锁）

1、synchronized 作用于静态方法

总结

当synchronized作用于静态方法时，其锁就是当前类的class对象锁。由于静态成员不专属于任何一个实例对象，是类成员，因此通过class对象锁可以控制静态成员的并发操作。
synchronized作用于非静态方法时，也可以直接锁类。也可以控制静态成员的并发操作。
synchronized作用于非静态方法时，必须是同一个对象才能控制静态成员的并发操作。

需要注意的是如果一个线程A调用一个实例对象的非static synchronized方法，而线程B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized方法，是允许的，不会发生互斥现象，因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的class对象，而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁

案例静态成员变量 (synchronized锁非静态方法)

synchronized修饰非静态方法时，锁的是当前实例，不同实例就不是同一把锁了，就不是线程安全

public class ThreadRunnable5 implements Runnable {
    private static int a = 100;
    @SneakyThrows @Override
    public void run() {
            while (true) {
                if (a > 1) {
                    increase4Obj();
                    Thread.sleep(100);
                }
            }
    }
    public synchronized   void increase4Obj(){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==" + a);
            a--;
    }
    public static void main(String[] args) {
        ThreadRunnable5 thread = new ThreadRunnable5();
        new Thread(thread).start();
        new Thread(thread).start();
    }
}

普通方法锁的就是对象的实例，不同的实例对象时，就是两个锁。无法保证线程安全

案例静态成员变量 (synchronized锁静态方法或直接锁类)

2、监视器锁(monitor)

一篇就够，synchronized原理详解_小派师兄的博客-CSDN博客_synchronized原理

2.1 synchronized怎么实现的线程安全呢？

2.1 我们反编译下面的代码，看看jvm底层是如何帮助我们实现的线程安全的。

代码

public class ThreadRunnable6  {
    private static Object obj=new Object();

    public synchronized void test(){
        System.out.println("test打印");
    }
    public static void main(String[] args) {
        synchronized (obj){
            System.out.println("同步代码块");
        }
    }
}

执行反编译命令

到目标类的文件夹下
cd target/classes/com/example/juc/create/
对目标类执行命令
javap -p -v -c ThreadRunnable6.class

找到main方法那段就行

jvm虚拟机规范文档找到指令作用

Chapter 6. The Java Virtual Machine Instruction Set

monitorenter内部结构

可以参考这个博客的一些理解，画的很容易理解，但是也不是很全面

Java并发编程之Monitor工作原理（有图解）_Juice正在路上..的博客-CSDN博客_java monitor原理

java对象头的总体结构，MarkWord的结构、MarkWord和锁的关系_时间都用来泡馍了的博客-CSDN博客_java对象头结构

获取锁资源的流程：

monitor是重量级锁

jvm底层调用会用到内核函数。需要我们由用户态切换到内核态。

那什么是内核态呢？为什么不能直接使用呢？

我们的应用程序在内存运行的空间叫用户空间（用户态）。

它不能直接调用系统的硬件资源，会去损坏我们的硬件（随意删除内存数据，造成死机等）。为了安全，

只有内核能够调用硬件，应用程序靠系统调用，cpu由用户态转为内核态，调用完成后，操作系统会重置cpu为用户态并返回系统调用的结果。

用户态与内核态来回切换会有大量的系统资源消耗，所以jdk1.6优化了synchronize 。

例如：IO操作，就需要内核态

3、JDK6 synchronized 的优化

3.1 CAS讲解

跟乐观锁类似，本地内存和主存比较一样即可修改，内存地址和旧的预期值一样就可以更改成员变量。do while用的很好

3.2 synchronized

jdk1.6做的优化，无锁---偏向锁---轻量级锁----重量级锁

3.2.1 java对象的布局

对象头：hash码，锁信息（判断是哪种锁状态，重量级锁的指针 moniter位置），gc标志

实例数据：类中属性数据信息，包括父类的属性信息；

对齐数据：jvm分64位和32位， 64位就是8字节，一个对象要被8整除。不够的补齐。

3.2.2 偏向锁

总结：锁对象结构，一个线程使用的时候，就会是偏向锁，但是有四秒延时，四秒前打印不是偏向锁，四秒后就是偏向锁。

有偏向锁的原因：经过HotSpot作者发现，大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由一个线程多次获取，为了让线程获取锁的代价更低，引入了偏向锁。

偏向锁：会偏向于第一个获取锁的线程，会在对象头存储偏向的线程id。以后该线程进入和退出同步快时只需要检查是否为偏向锁，锁标志位以及ThreadID即可。

偏向锁的基本流程图

步骤二是用CAS保证记录线程id的正确性。

验证打印对象头信息

        <!--查看对象内存布局-->
        <dependency>
            <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
            <artifactId>jol-core</artifactId>
            <version>0.9</version>
        </dependency>

    private static Object obj=new Object();
    public static void main(String[] args) {
        synchronized (obj){
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
        }
    }