是时候来唠一唠synchronized关键字了，Java多线程的必问考点！

news2024/11/16 15:54:19

写在开头

在之前的博文中，我们介绍了volatile关键字，Java中的锁以及锁的分类，今天我们花5分钟时间，一起学习一下另一个关键字：synchronized。

synchronized是什么？

首先synchronized是Java中的一个关键字，所谓关键字，就是Java中根据底层封装所赋予的一种具有特殊语义的单词，而synchronized译为同步之意，可保证在同一时刻，被它修饰的方法或代码块只能有一个线程执行，它的使用解决了并发多线程中的三大问题：原子性、可见性、顺序性。

很多小伙伴在过往的书籍中可能会看到说synchronized是一种重量级锁，性能差，不建议在代码中使用，其实这是早期的synchronized特点，自JDK1.6之后，synchronized 引入了大量的优化如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销，这些优化让 synchronized 锁的效率提升了很多。因此， synchronized 还是可以在实际项目中使用的，像 JDK 源码、很多开源框架都大量使用了 synchronized 。

synchronized的使用

synchronized在Java中主要的3种使用方式：

修饰实例方法： 为当前对象实例加锁，进入同步方法需要先获取对象锁；
修饰静态方法： 为当前类加锁，锁定的是Class对象，进入同步方法需要先获取类锁；
修饰代码块： 为指定对象加锁，进入同步方法需要先获取指定对象的锁。

样例：

//修饰实例方法,为当前实例加锁
synchronized void method() {
    //业务代码
}
//修饰静态方法，锁为当前Class对象
synchronized static void method() {
    //业务代码
}
//修饰代码块，锁为括号里面的对象
synchronized(this) {
    //业务代码
}

写到这里，突然想到了3个面试可能会考的知识点，列举一下！

问题1：synchronized修饰代码块可以给类加锁吗？

当然可以！我们前面说了修饰代码块时，是给代码中的对象加锁，这里面的对象既可以是实例也可以是类。

问题2：静态 synchronized 方法和非静态 synchronized 方法之间的调用互斥么？

不互斥！如果线程A调用一个实例对象的非静态synchronized方法，线程B同时去调用这个实例对象所属类的静态synchronized方法并不会发生互斥，因为线程A此时拿到的是实例对象锁，而线程B拿到的是当前类的锁。

问题3：构造方法可以用 synchronized 修饰么？

不可以！构造方法本身就是线程安全的，在Java开发规范里也明确告诉我们

构造方法不能是抽象的（abstract）、静态的（static）、最终的（final）、同步的（synchronized）。

synchronized的底层原理

在synchronized的底层（JVM层面），针对方法与代码块的实现逻辑是不同的，因此我们在分析底层原理是也要分别来看。

1、当synchronized修饰方法时

public class Test {
    public synchronized void method() {
        System.out.println("synchronized 方法");
    }
}

我们通过对编译后的class文件进行反编译后，分析其底层实现。

知识点扩展：
我们通过javap命令进行反编译，javap是Java class文件分解器，可以反编译，也可以查看java编译器生成的字节码等。
javap参数如下：

在这里插入图片描述

使用方式，既可以在电脑的命令行提示符中使用，也可以通过idea的terminal终端使用，我这里采用idea中进行反汇编操作。参考命令：javap -c -v Test.class

【反汇编结果】

在这里插入图片描述
由上图可看出同步方法通过加 ACC_SYNCHRONIZED 标识实现线程的执行权的控制，如果修饰的是实例方法，JVM会获取对象锁，如果修饰的是静态方法，JVM会获取当前类锁。

2、当synchronized修饰代码块时

public class Test {
    public void method() {
        synchronized (this) {
            System.out.println("synchronized");
        }
    }
}

【反汇编结果】

在这里插入图片描述
与同步方法不同，同步代码块中使用了monitorenter 和 monitorexit 指令，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，并且monitorexit标识有2个，以保证在正常执行和异常情况下均可释放锁。

在命令执行到monitorenter时，线程会去尝试获取对象得锁，这里也可称之为对象所对应的monitor所有权。写到这里，我们又要做一个知识点扩展啦。

知识点扩展：

在JVM中monitor的底层基于C++实现，被称之为对象监视器，每个对象都会内置一个ObjectMonitor与之关联，关联的起始地址存于对象头的MarkWord中。

在这里插入图片描述

ObjectMonitor几个关键属性：

_owner：指向持有ObjectMonitor对象的线程
_WaitSet：存放处于wait状态的线程队列
EntryList：存放处于等待锁block状态的线程队列
recursions：锁的重入次数
_count：用来记录该线程获取锁的次数

当多个线程同时访问同步代码时，会被放入EntryList中，根据线程优先级尝试获取对象锁，如果锁的计数器为 0 则表示锁可以被获取，获取到锁的线程进入owner区域，count加1，这里其实还有之前说的object中的wait/notify/notifyall的组合，也依赖monitor，所以他们才必须用在同步方法或代码块中。
对象锁的的拥有者线程才可以执行 monitorexit 指令来释放锁。在执行 monitorexit 指令后，将锁计数器设为 0，表明锁被释放，其他线程可以尝试获取锁。