详解synchronized关键字及锁的基本概念

在我们的Java体系中共有

1. 乐观锁和悲观锁
2. 独占锁和共享锁
3. 互斥锁和读写锁
4. 公平锁和非公平锁
5. 可重入锁（ReentrantLock）
6. 自旋锁（spinlock）
7. 分段锁（segment）
8. 锁升级（无锁|偏向锁|轻量级锁|重量级锁）
9. 锁优化技术（锁粗化、锁消除）

 

 

而我们今天要讲的synchronized同步锁。就是一种典型的悲观锁。

一，悲观锁

          下面用图解的方式看一下：

           

 

    在Java语言中，synchronized就是典型的悲观锁。

二，synchronized同步锁

           Synchronized同步锁，简单来说，使用Synchronized关键字将一段代码逻辑，用一把锁给锁起来，只有获得了这把锁的线程才访问。并且同一时刻， 只有一个线程能持有这把锁, 这样就保证了同一时刻只有一个线程能执行被锁住的代码，从而确保代码的线程安全。

1. 什么是锁

      锁就是并发机制中的一种概念，在多个线程需要访问同一个共享数据时，为了避免产生各类问题，出现了锁的概念，锁加在共享数据上时，就能够防止多个线程共同访问数据。Java中提供了各类的锁，应用在不同的场景下，可以让高并发程序的效率和稳定性得到显著提升。

2. synchronized的关键字用法

• 修饰实例方法：synchronized修饰实例方法, 则用到的锁，默认为this当前方法调用对象；
• 修饰静态方法：synchronized修饰静态方法, 则其所用的锁，默认为Class对象；
• 修饰代码块：synchronized修饰代码块, 则其所用的锁，是某个指定Java对象；

3.实例

下面我们来具体看一组程序：

（1）修饰实例方法 

public class Demo01 {
	public static void main(String[] args) {
	    // 实例化一个对象
	    DO fa = new DO();
		
	    // 创建不同的线程1
	    Thread thread01 = new Thread() {
	        public void run() {
	            // 使用相同的对象访问synchronized方法
	            fa.doSth1();
	        }
	    };
		
	    // 创建不同的线程2
	    Thread thread02 = new Thread() {
	        public void run() {
	            // 使用相同的对象访问synchronized方法
	            fa.doSth1();
	        }
	    };
	    
	    // 启动线程
	    thread01.start();
	    thread02.start();
	}
}
 
class DO {
    // 实例方法
    public synchronized void doSth1() {
        // 获取this锁，才能执行该方法
    }
    
    // 实例方法
    public void doSth2() {
        synchronized(this) {
           // 获取this锁，才能执行该代码块
        }
    }

（2） 修饰静态方法

 
public class Demo01 {
	public static void main(String[] args) {
	    // 创建不同的对象(相同类型)
		Do a = new Do();
		Do b = new Do();
 
	    // 创建不同线程1
	    Thread thread01 = new Thread() {
	        public void run() {
	            // 使用不同的对象访问synchronized方法
	            a.doSth2();
	        }
	    };
 
	    // 创建不同线程2
	    Thread thread02 = new Thread() {
	        public void run() {
	            // 使用不同的对象访问synchronized方法
	            b.doSth2();
	        }
	    };
 
	    // 启动线程
	    thread01.start();
	    thread02.start();
	}
}
 
class Do {
    // 实例方法
    public synchronized void doSth1() {
        // 获取this锁，才能执行该方法
    }
    
    // 实例方法
    public void doSth2() {
        synchronized(this) {
           // 获取this锁，才能执行该代码块
        }
    }
}

（3）修饰代码块

synchronized(自定义对象) {
          //临界区
}

三， synchronized关键字补充

          

• 当一个线程访问对象的一个synchronized(this)同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该对象中的非synchronized(this)同步代码块。

          在没有加锁的情况下, 所有的线程都可以自由地访问对象中的代码, 而synchronized关键字只            是限制了线程对于已经加锁的同步代码块的访问，并不会对其他代码做限制。所以，同步代             码块应该越短小越好。

• 父类中synchronized修饰的方法，如果子类没有重写，则该方法仍然是线程安全性；如果子类重写，并且没有使用synchronized修饰，则该方法不是线程安全的；
• 在定义接口方法时，不能使用synchronized关键字；
• 构造方法不能使用synchronized关键字，但可以使用synchronized代码块来进行同步；
• 离开同步代码块后，所获得的锁会被自动释放；

四，synchronized底层实现原理

        通 过下面的代码案例，观察一下synchronized的用法以及底层实现。

       案例：通过两个线程对变量sharedState进行10w次操作，观察每次操作后former与latter之                      间的关系。

 
public class ThreadSafeSample {
	public int sharedState;
    
	public synchronized void nonSafeAction() {
    	while (sharedState < 100000) {
            
        	int former = sharedState++;
        	int latter = sharedState;
            
        	if (former != latter - 1) {
            	System.out.printf("数据观察结果： former is %d,latter is %d",					former,latter);
        	}
    	}
	}
 
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    	ThreadSafeSample sample = new ThreadSafeSample();
    	Thread threadA = new Thread(){
        	public void run(){
            	sample.nonSafeAction();
        	}
    	};
    	Thread threadB = new Thread(){
        	public void run(){
            	sample.nonSafeAction();
        	}
 	   };
        
    	threadA.start();
    	threadB.start();
        
    	threadA.join();
    	threadB.join();
 
        System.out.println(sample.sharedState);
	}
}

 然后我们利用Java反编译，可以看到：

11: astore_1
12: monitorenter
13: aload_0
14: dup
15: getfield      #2                  // Field sharedState:I
18: dup_x1
…
56: monitorexit

 利用monitorenenter/monitorexit实现了同步的语义。

          所以，synchronized代码块是由一对monitorenter/monitorexit指令实现，synchronized是通过对象内部的叫做监视器（monitor）来实现的，线程通过执行monitorenter指令尝试获取monitor的所有权，当monitor被占用时就会处于锁定状态。

监视器（monitor）：

          在JVM中实现的规范中监视器的描述为：每个对象有一个监视器（monitor），线程通过执行monitorenter指令尝试获取monitor的所有权，当monitor被占用时就会处于锁定状态。

  获取monitor所有权的过程如下

• 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，代表持有锁；
• 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；

• 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