synchronized关键字的底层原理?

程序员咋不秃头2024-03-16 01:10:17 80

在 Java 中，关键字 synchronized 可以保证在同一个时刻，只有一个线程可以执行某个方法或者某个代码块(主要是对方法或者代码块中存在共享数据的操作)，同时我们还应该注意到 synchronized 的另外一个重要的作用，synchronized 可保证一个线程的变化(主要是共享数据的变化)被其他线程所看到

1. synchronized的基本使用

在现实场景中，抢票代码，如果不加锁，就会出现超卖或者一张票卖给多个人

Synchronized对象锁采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有对象锁，其它线程再想获取这个对象锁时就会阻塞住,代码如下

public class synchronizedTest { // 创建一个静态对象作为锁 static Object lock = new Object; // 初始票数 int ticketNum = 20; // 获取票的方法，使用 synchronized 修饰确保线程安全 public synchronized void getTicket { // 使用当前对象作为锁 synchronized (this) { // 如果票数已经为零，则返回 if (ticketNum <= 0) { return; } System.out.println(Thread.currentThread.getName + "抢到一张票,剩余:" + ticketNum); // 非原子性操作，扣除一张票 ticketNum--; } } public static void main(String[] args) { // 创建 synchronizedTest 实例 synchronizedTest synchronizedTest = new synchronizedTest; // 创建并启动 20 个线程 for (int i = 0; i < 20; i++) { // 调用获取票的方法 new Thread( -> synchronizedTest.getTicket).start; } }}

通过以上代码，加synchronized锁，就可以防止超卖

特别说明:synchronized 关键字的底层实现涉及到 Java 虚拟机中的监视器（Monitor）机制。每个 Java 对象都与一个 Monitor 相关联，Monitor 负责对象的锁定和解锁，以及线程的阻塞和唤醒。

2. Monitor

Monitor 被翻译为监视器，是由jvm提供，c++语言实现

使用一下简单代码中查看monitor，通过javap命令查看clsss的字节码

public class MonitorTest { static final Object lock = new Object; static int counter = 0; public static void main(String[] args) { synchronized (lock) { counter++; } }}

monitorenter: 上锁开始的地方

monitorexit: 解锁的地方

其中被monitorenter和monitorexit包围住的指令就是上锁的代码

思考:为什么会出现两个monitorexit

有两个monitorexit的原因，第二个monitorexit是为了防止锁住的代码抛异常后不能及时释放锁在使用了synchornized代码块时需要指定一个对象，所以synchornized也被称为对象锁

monitor主要就是跟这个对象产生关联，如下图

Monitor内部具体的存储结构：

Owner：存储当前获取锁的线程的，只能有一个线程可以获取

EntryList：关联没有抢到锁的线程，处于Blocked状态的线程

WaitSet：关联调用了wait方法的线程，处于Waiting状态的线程

具体的流程：

代码进入synchorized代码块，先让lock（对象锁）关联的monitor，然后判断Owner是否有线程持有