Synchronized关键字原理

Posted 2020-11-20 yifansj

认识synchronized

对于写多线程程序的人来说，经常碰到的就是并发问题，对于容易出现并发问题的地方价格synchronized基本上就搞定 了，如果说不考虑性能问题的话，这一操绝对能应对百分之九十以上的情况，若对于性能方面有要求的话就需要额外的知识比如读写锁等等。本文目的先了解透彻synchronized的基本原理。

Synchronized的基本使用

Synchronized的作用主要有三个：

（1）确保线程互斥的访问同步代码

（2）保证共享变量的修改能够及时可见

（3）有效解决重排序问题。

从语法上讲，Synchronized总共有三种用法：

（1）修饰普通方法

（2）修饰静态方法

（3）修饰代码块

public class SynchronizedDemo {
    public void method() {
        synchronized (this) {
            System.out.println("Method 1 start");
        }
    }
}

对于上述方法我们很容易就知道是线程安全的，具体是怎么做的到的线程安全呢，对class通过javap编译结果如下：

monitorenter

每个对象有一个监视器锁（monitor）。当monitor被占用时就会处于锁定状态，线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下：

1、如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者。

2、如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1.

3、如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权。

monitorexit

执行monitorexit的线程必须是objectref所对应的monitor的所有者。

指令执行时，monitor的进入数减1，如果减1后进入数为0，那线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权。

通过这两段描述，我们应该能很清楚的看出Synchronized的实现原理，Synchronized的语义底层是通过一个monitor的对象来完成，其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象，这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。

原理总结

每个对象都有一个内部的锁或者叫做是监视器，称之为monitor，当一个方法加上synchronized关键字的时候，如果一个线程想执行这个方法那么首先需要获取这个对象的monirot权限，对应到指令上面也就是需要获取monitorenter 指令，如果一个对象获取到这个指令之后，那么monitor的进入数为1，当其他线程再次获取的时候发现这个对象的monitor对象被别的线程所占用，那么进入阻塞状态，知道占用这个对象的线程执行monitorexit,设置进入数为0为止。

如果synchronized加在普通方法上，那么有效的范围是多个线程执行同一个对象的方法。通过上面的解释应该比较容易理解了，因为不同的对象获取的是不同的monitor监视器，自然也就不存在占用–等待的过程了。如果是加载static方法上那么需要获取的就是这个对象所在class的Class对象，所以此时不管是几个对象，对应的都是同一个class对象，也就是说多个线程又存在对同一个monitor的占用—等待的过程了。所以说加载static上是对于整个类文件有效。