一、synchronized介紹

synchronized中文意思是同步，也稱之為”同步鎖“。

synchronized的作用是保證在同一時(shí)刻， 被修飾的代碼塊或方法只會(huì)有一個(gè)線程執(zhí)行，以達(dá)到保證并發(fā)安全的效果。

synchronized是Java中解決并發(fā)問(wèn)題的一種最常用的方法，也是最簡(jiǎn)單的一種方法。

在JDK1.5之前synchronized是一個(gè)重量級(jí)鎖，相對(duì)于j.u.c.Lock，它會(huì)顯得那么笨重，隨著Javs SE 1.6對(duì)synchronized進(jìn)行的各種優(yōu)化后，synchronized并不會(huì)顯得那么重了。

synchronized的作用主要有三個(gè)：

• 原子性： 確保線程互斥地訪問(wèn)同步代碼；
• 可見(jiàn)性： 保證共享變量的修改能夠及時(shí)可見(jiàn)，其實(shí)是通過(guò)Java內(nèi)存模型中的 “ 對(duì)一個(gè)變量unlock操作之前，必須要同步到主內(nèi)存中；如果對(duì)一個(gè)變量進(jìn)行l(wèi)ock操作，則將會(huì)清空工作內(nèi)存中此變量的值，在執(zhí)行引擎使用此變量前，需要重新從主內(nèi)存中l(wèi)oad操作或assign操作初始化變量值 ” 來(lái)保證的；
• 有序性： 有效解決重排序問(wèn)題，即 “一個(gè)unlock操作先行發(fā)生(happen-before)于后面對(duì)同一個(gè)鎖的lock操作”；

二、synchronized的使用

synchronized的3種使用方式：

• 修飾實(shí)例方法： 作用于當(dāng)前實(shí)例加鎖
• 修飾靜態(tài)方法： 作用于當(dāng)前類(lèi)對(duì)象加鎖
• 修飾代碼塊： 指定加鎖對(duì)象，對(duì)給定對(duì)象加鎖

1.修飾方法

Synchronized修飾一個(gè)方法很簡(jiǎn)單，就是在方法的前面加synchronized，synchronized修飾方法和修飾一個(gè)代碼塊類(lèi)似，只是作用范圍不一樣，修飾代碼塊是大括號(hào)括起來(lái)的范圍，而修飾方法范圍是整個(gè)函數(shù)。

• 方法一：修飾的是一個(gè)方法

public synchronized void method()
{
   // todo
}

• 方法二：修飾的是一個(gè)代碼塊

public void method()
{
   synchronized(this) {
      // todo
   }
}

方法一與方法二是等價(jià)的，都是鎖定了整個(gè)方法時(shí)的內(nèi)容。

synchronized關(guān)鍵字不能繼承。雖然可以使用synchronized來(lái)定義方法，但synchronized并不屬于方法定義的一部分，因此，synchronized關(guān)鍵字不能被繼承。

• 在子類(lèi)方法中加上synchronized關(guān)鍵字

class Parent {
   public synchronized void method() { }
}
class Child extends Parent {
   public synchronized void method() { }
}

• 在子類(lèi)方法中調(diào)用父類(lèi)的同步方法

class Parent {
   public synchronized void method() {   }
}
class Child extends Parent {
   public void method() { super.method();   }
}

注意：

• 在定義接口方法時(shí)不能使用synchronized關(guān)鍵字。
• 構(gòu)造方法不能使用synchronized關(guān)鍵字，但可以使用synchronized代碼塊來(lái)進(jìn)行同步。

當(dāng)有一個(gè)明確的對(duì)象作為鎖時(shí)，就可以用類(lèi)似下面這樣的方式寫(xiě)程序：

public void method3(SomeObject obj)
{
   //obj 鎖定的對(duì)象
   synchronized(obj)
   {
      // todo
   }
}

當(dāng)沒(méi)有明確的對(duì)象作為鎖，只是想讓一段代碼同步時(shí)，可以創(chuàng)建一個(gè)特殊的對(duì)象來(lái)充當(dāng)鎖：

class Test implements Runnable
{
   private byte[] lock = new byte[0];  // 特殊的instance變量
   public void method()
   {
      synchronized(lock) {
         // todo 同步代碼塊
      }
   }
   public void run() {
   }
}

• 2.修飾一個(gè)靜態(tài)方法

synchronized也可修飾一個(gè)靜態(tài)方法，用法如下：

public synchronized static void method() {
   // todo
}

• 3.修飾一個(gè)類(lèi)

Synchronized還可作用于一個(gè)類(lèi)，用法如下：

class ClassName {
   public void method() {
      synchronized(ClassName.class) {
         // todo
      }
   }
}

使用總結(jié)

• 無(wú)論synchronized關(guān)鍵字加在方法上還是對(duì)象上，如果它作用的對(duì)象是非靜態(tài)的，則它取得的鎖是對(duì)象；如果synchronized作用的對(duì)象是一個(gè)靜態(tài)方法或一個(gè)類(lèi)，則它取得的鎖是對(duì)類(lèi)，該類(lèi)所有的對(duì)象同一把鎖。
• 每個(gè)對(duì)象只有一個(gè)鎖（lock）與之相關(guān)聯(lián)，誰(shuí)拿到這個(gè)鎖誰(shuí)就可以運(yùn)行它所控制的那段代碼。
• 實(shí)現(xiàn)同步是要很大的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)作為代價(jià)的，甚至可能造成死鎖，所以盡量避免無(wú)謂的同步控制。

三、synchronized的底層實(shí)現(xiàn)

談synchronized的底層實(shí)現(xiàn)，就不得不談數(shù)據(jù)在JVM內(nèi)存的存儲(chǔ)：Java對(duì)象頭，以及Monitor對(duì)象監(jiān)視器。

對(duì)象頭

在JVM中，對(duì)象在內(nèi)存中的布局分為三塊區(qū)域：對(duì)象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)齊填充。如下圖所示：

• 實(shí)例數(shù)據(jù)： 存放類(lèi)的屬性數(shù)據(jù)信息，包括父類(lèi)的屬性信息；
• 對(duì)齊填充： 由于虛擬機(jī)要求 對(duì)象起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍。填充數(shù)據(jù)不是必須存在的，僅僅是為了字節(jié)對(duì)齊；
• 對(duì)象頭： Java對(duì)象頭一般占有2個(gè)機(jī)器碼（在32位虛擬機(jī)中，1個(gè)機(jī)器碼等于4字節(jié)，也就是32bit，在64位虛擬機(jī)中，1個(gè)機(jī)器碼是8個(gè)字節(jié)，也就是64bit），但是如果對(duì)象是數(shù)組類(lèi)型，則需要3個(gè)機(jī)器碼，因?yàn)镴VM虛擬機(jī)可以通過(guò)Java對(duì)象的元數(shù)據(jù)信息確定Java對(duì)象的大小，但是無(wú)法從數(shù)組的元數(shù)據(jù)來(lái)確認(rèn)數(shù)組的大小，所以用一塊來(lái)記錄數(shù)組長(zhǎng)度。

synchronized用的鎖就是存在Java對(duì)象頭里的，那么什么是Java對(duì)象頭呢？Hotspot虛擬機(jī)的對(duì)象頭主要包括兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：Mark Word（標(biāo)記字段）、Class Pointer（類(lèi)型指針）。

其中 Class Pointer是對(duì)象指向它的類(lèi)元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類(lèi)的實(shí)例，Mark Word用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，它是實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)鎖和偏向鎖的關(guān)鍵。

監(jiān)視器（Monitor）

任何一個(gè)對(duì)象都有一個(gè)Monitor與之關(guān)聯(lián)，當(dāng)且一個(gè)Monitor被持有后，它將處于鎖定狀態(tài)。

synchronized在JVM里的實(shí)現(xiàn)都是 基于進(jìn)入和退出Monitor對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)方法同步和代碼塊同步，雖然具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)不一樣，但是都可以通過(guò)成對(duì)的MonitorEnter和MonitorExit指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。

• MonitorEnter指令： 插入在同步代碼塊的開(kāi)始位置，當(dāng)代碼執(zhí)行到該指令時(shí)，將會(huì)嘗試獲取該對(duì)象Monitor的所有權(quán)，即嘗試獲得該對(duì)象的鎖；
• MonitorExit指令： 插入在方法結(jié)束處和異常處，JVM保證每個(gè)MonitorEnter必須有對(duì)應(yīng)的MonitorExit；

那什么是Monitor？可以把它理解為 一個(gè)同步工具，也可以描述為 一種同步機(jī)制，它通常被描述為一個(gè)對(duì)象。

與一切皆對(duì)象一樣，所有的Java對(duì)象是天生的Monitor，每一個(gè)Java對(duì)象都有成為Monitor的潛質(zhì)，因?yàn)樵贘ava的設(shè)計(jì)中 ，每一個(gè)Java對(duì)象自打娘胎里出來(lái)就帶了一把看不見(jiàn)的鎖，它叫做內(nèi)部鎖或者M(jìn)onitor鎖。

也就是通常說(shuō)Synchronized的對(duì)象鎖，MarkWord鎖標(biāo)識(shí)位為10，其中指針指向的是Monitor對(duì)象的起始地址。在Java虛擬機(jī)（HotSpot）中，Monitor是由ObjectMonitor實(shí)現(xiàn)的。

四、synchronized 鎖的升級(jí)順序

鎖解決了數(shù)據(jù)的安全性，但是同樣帶來(lái)了性能的下降。hotspot 虛擬機(jī)的作者經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分情況下，加鎖的代碼不僅僅不存在多線程競(jìng)爭(zhēng)，而且總是由同一個(gè)線程多次獲得。所以基于這樣一個(gè)概率。

synchronized 在JDK1.6 之后做了一些優(yōu)化，為了減少獲得鎖和釋放鎖來(lái)的性能開(kāi)銷(xiāo)，引入了偏向鎖、輕量級(jí)鎖、自旋鎖、重量級(jí)鎖，鎖的狀態(tài)根據(jù)競(jìng)爭(zhēng)激烈的程度從低到高不斷升級(jí)。

鎖主要存在四種狀態(tài)，依次是：無(wú)鎖狀態(tài)、偏向鎖狀態(tài)、輕量級(jí)鎖狀態(tài)、重量級(jí)鎖狀態(tài)，鎖可以從偏向鎖升級(jí)到輕量級(jí)鎖，再升級(jí)的重量級(jí)鎖。但是鎖的升級(jí)是單向的，也就是說(shuō)只能從低到高升級(jí)，不會(huì)出現(xiàn)鎖的降級(jí)。而且這個(gè)過(guò)程就是開(kāi)銷(xiāo)逐漸加大的過(guò)程。

到此這篇關(guān)于淺談Java的Synchronized鎖原理和優(yōu)化 的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Synchronized鎖原理和優(yōu)化 內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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