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10.关于synchronized的一切,我都写在这里了(一)
2023-07-25 21:41:45 】 浏览:74
Tags:10. 关于 synchronized 都写在

大家好,我是王有志。关注王有志,一起聊技术,聊游戏,从北漂生活谈到国际风云。

之前我们已经通过3篇文章由浅到深的分析了synchronized的用法和原理:

还有一篇是关于并发控制中常用锁的设计《一文看懂并发编程中的锁》。可以说是从设计,到用法,再到实现原理,对synchronized进行了全方位的剖析。

今天我们就用之前学习的内容解答一些热点题目。全量题解可以猛戳此处或者文末的阅读原文。

Tips:标题是“抄袭”《一年一度喜剧大赛》作品《梦幻丽莎发廊》的台词。由仁科,茂涛,蒋龙,蒋诗萌和欧剑宇表演,爆笑推荐。

synchronized基础篇

基础篇的问题主要集中在synchronized的用法上。例如:

  1. synchronized.class对象,代表着什么?

  2. synchronized什么情况下是对象锁?什么情况下是类锁?

  3. 如果对象的多个方法添加了synchronized,那么对象有几把锁?

很多小伙伴解答这类问题时喜欢背诸如“synchronized修饰静态方法,作用的范围是整个静态方法,作用对象是这个类的所有对象”这种,相当于直接背结论,忽略了原理。

先来回顾下《synchronized都问啥?》中提到的原理:Java中每个对象都与一个监视器关联。synchronized锁定与对象关联的监视器(可以理解为锁定对象本身),锁定成功后才可以继续执行

举个例子:

public class Human {
	public static synchronized void run() {
		// 业务逻辑
	}
}

synchronized修饰静态方法,而静态方法是类所有,可以理解为synchronized锁定了Human.class对象,接下来我们推导现象。

假设线程t1执行run方法且尚未结束,即t1锁定了Human.class,且尚未释放,那么此时所有试图锁定Human.class的线程都会被阻塞。

例如,线程t2执行run方法会被阻塞:

Thread t2 = new Thread(Human::run);  
t2.start();

如果我们添加如下方法呢?

public synchronized void eat() {  
    // 业务逻辑  
}

synchronized修饰实例方法,属于对象所有,可以理解为synchronized锁定了当前对象

执行以下测试代码,会发生阻塞吗?

new Thread(Human::run, "t1")).start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(() -> {
	Human human = new Human();
	human.eat();  
}, "t2")).start();

答案是不会,因为t1锁定的是Human.class对象,而t2锁定的是Human的实例对象,它们之间不存在任何竞争。

再添加一个方法,并执行如下测试,会发生阻塞吗?

public static synchronized void walk() {
	// 业务逻辑
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
	new Thread(Human::run, "t1").start();
	TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
	new Thread(Human::walk, "t2").start();  
}

答案是线程t2会阻塞,因为线程t1和线程t2在竞争同一个Human.class对象,而很明显线程t1会抢先锁定Human.class对象。

最后再做一个测试,添加如下方法和测试代码:

public synchronized void drink() {
	// 业务逻辑
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
	Human human = new Human();  
	
	new Thread(human::eat, "t1").start();
	TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
	new Thread(human::drink, "t2").start();
	
	new Thread(()-> {
        Human t3 = new Human();
        t3.eat();
    }, "t3").start();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    
    new Thread(()-> {
        Human t4 = new Human();
        t4.eat();
    }, "t4").start();
}

小伙伴们可以按照用法结合原理的方式,推导这段代码的运行结果。

Tips:业务逻辑可以执行TimeUnit.SECONDS.sleep(60)模拟长期持有。

synchronized进阶篇

进阶篇则主要考察synchronized的原理,例如:

  • synchronized是如何保证原子性,有序性和可见性的?

  • 详细描述synchronized的原理和锁升级的过程。

  • 为什么说synchronized是悲观锁/非公平锁/可重入锁?

synchronized的并发保证

假设有如下代码:

private static int count = 0;
  
public static synchronized void add() {
	......
    count++;
    ......
}

在正确同步的前提下,同一时间有且仅有一个线程能够执行add方法,对count进行修改。

此时便“营造”了一种单线程环境,而编译器对重排序做出了“as-if-serial”的保证,因此不会存在有序性问题。同样的,仅有一个线程执行count++,那么也不存在原子性问题

至于可见性,我们在《什么是synchronized的重量级锁》中释放重量级锁的部分看到了storeload内存屏障,该屏障保证了写操作的数据对下一读操作可见。

Tips

  • synchronized并没有禁止重排序,而是“营造”了单线程环境;

  • 内存屏障我们在volatile中重点解释。

synchronized的实现原理

synchronized是JVM根据管程的设计思想实现的互斥锁synchronized修饰代码块时,编译后会添加monitorentermonitorexit指令,修饰方法时,会添加ACC_SYNCHRONIZED访问标识。

Java 1.6之后,synchronized的内部结构实际上分为偏向锁,轻量级锁和重量级锁3部分。

当线程进入synchronized方法后,且未发生竞争,会修改对象头中偏向的线程ID,此时synchronized处于偏向锁状态。

当产生轻微竞争后(常见于线程交替执行),会升级(膨胀)到轻量级锁的状态。

当产生激烈竞

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