【字节码⻆度看synchronize】三种应用方式、Monitor类、monitorenter、monitorexit_JUC15

1、从字节码⻆度分析synchronized实现

1）早期的synchronized效率低的原因

• 1.synchronized属于重量级锁，效率低下，是因为监视器锁(monitor)是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的。
• 2.挂起线程和恢复线程都需要转⼊内核态去完成，这种状态切换需要耗费处理器时间。
• 3.阻塞或唤醒一个Java线程，需要操作系统切换CPU状态来完成，这种状态切换需要耗费处理器时间。
• 4.时间成本相对较⾼，这也是为什么早期的synchronized效率低的原因。
• 5.后期进⾏了锁的优化，锁升级，对应偏向锁、轻量级锁的讲解会在下⼀节进⾏叙述。
  

2）synchronized有三种应⽤⽅式

• 1.作⽤于代码块：对括号⾥的对象加锁 。
• 2.作⽤于实例⽅法：当前实例加锁，进⼊同步代码前要获得当前实例的锁 。
• 3.作⽤于静态⽅法：当前类加锁，进去同步代码前要获得当前类对象的锁。

3）synchronized同步代码块

• 实现使用的是monitorenter和monitorexit指令。

①. 一定是一个enter和两个exit吗?

• 不一定，如果方法中直接抛出了异常处理，那么就是一个monitorenter和一个monitorexit。

4）synchronized普通同步方法

• 1.调用指令将会检查方法的ACC_SYNCHRONIZED访问标志是否被设置。
• 2.如果设置了，执行线程需要先持有monitor然后才能执行方法，最后等方法完成(无论是正常完成还是非正常完成)时释放minotor。
  

5）synchronized静态同步方法

• ACC_STATIC和ACC_SYNCHRONIZED访问标志，区分该方法是否静态同步方法。
  

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2、反编译synchronized锁的是什么东西？

1）ObjectMonitor

• 任何一个对象都可以成为一个锁，在HotSpot虚拟机中，monitor采用ObjectMonitor实现的。
  

2）阿里开发手册说明

• 高并发时，同步调用应该去考量锁的性能损耗：
  • 1.能用无锁，就不要用锁；
  • 2.能锁区块，就不要锁整个方法体；
  • 3.能用对象锁，就不要用类锁。

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3、Monitor类

1）前⾔

• 1.在Java中万物皆是对象，所以这些指令(monitorenter、 monitorexit)会不会和某些对象有关系呢？ 果然可以和Monitor类联系到⼀块。
• 2.monitor相当于⼀个对象的钥匙，只有拿到此对象的monitor，才能访问该对象的同步代码。 相反未获得monitor的只能阻塞来等待持有monitor的线程释放monitor。可以这样⽐喻吧，monitorenter 和monitorexit 对应的就是拿钥匙和还钥匙。

2）Monitor与java对象以及线程是如何关联 ？

• 1.⾸先，每⼀个对象都有⼀个属于⾃⼰的monitor，其次如果线程未获取到singal (许可)，则线程阻塞。objec可以⽐作医院的诊室，monitor 就是负责喊病⼈的护⼠，线程则是就诊的病⼈。
• 2.通过护⼠(监视器)的调度，诊室(synchronized锁住的对象)内只允许进⼊⼀个病⼈(线程)，此病⼈(线程)在当前时间就拥有此诊室(对象)的使⽤权，也就是获取了许可。病⼈就诊完毕，则表明归还了诊室的使⽤权。然后护⼠再调度下⼀个等待的病⼈进⼊诊室(被阻塞的线程)。⾛廊当中等待的病⼈们。

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4、monitorenter

1）概述：

• 1）每⼀个对象都会和⼀个监视器monitor关联。监视器被占⽤时会被锁住，其他线程⽆法来获取该monitor。当JVM执⾏某个线程的某个⽅法内部的monitorenter时，它会尝试去获取当前对象对应的monitor的所有权。
• 2）synchronized的锁对象会关联⼀个monitor，这个monitor不是我们主动创建的，是JVM的线程执⾏到这个同步代码块，发现锁对象没有monitor就会创建monitor，monitor内部有两个重要的成员变量owner：拥有这把锁的线程，recursions会记录线程拥有锁的次数，当⼀个线程拥有monitor后其他线程只能等待。

2）其过程如下：

• 1.若monior的进⼊数为0，线程可以进⼊monitor，进入后将monitor的进数置为1。当前线程成为monitor的owner(所有者) 。
• 2.若线程已拥有monitor的所有权，允许它重⼊monitor，则进⼊monitor的进⼊数再加1。
• 3.若其他线程已经占有monitor的所有权，那么当前尝试获取monitor的所有权的线程会被阻塞。直到monitor的进⼊数变为0，才能重新尝试获取monitor的所有权。

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5、monitorexit

1）概述

• 1.能执⾏monitorexit指令的线程，⼀定是拥有当前对象的monitor的所有权的线程。
• 2.执⾏monitorexit时会将monitor的进⼊数减1。当monitor的进⼊数减为0时，当前线程退出monitor，不再拥有monitor的所有权，此时其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个monitor的所有权。

2）monitorexit释放锁

• 1.monitorexit，指令出现了两次，第1次为同步正常退出释放锁；第2次为发生异常退出释放锁。

• 2.monitorexit释放锁monitorexit插⼊在⽅法结束处和异常处，JVM保证每个monitorenter必须有对应的monitorexit。

3）面试题synchroznied出现异常会释放锁吗?

• 会释放锁

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6、synchronized同步方法

1）synchronized普通同步方法

• 调用指令将会检查方法的ACC_SYNCHRONIZED访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程需要先持有monitor然后才能执行方法，最后再方法完成(无论是正常完成还是非正常完成)时释放minotor。

2）分析：

• 1.从编译的结果来看，方法的同步并没有通过指令monitorenter和monitorexit来完成(理论上其实也可以通过这两条指令来实现)，不过相对于普通方法，其常量池中多了ACC_SYNCHRONIZED标示符。JVM就是根据该标示符来实现方法的同步的。
• 2.两种同步方式本质上没有区别，只是方法的同步是一种隐式的方式来实现，无需通过字节码来完成。
• 3.两个指令的执行是JVM通过调用操作系统的互斥原语mutex来实现。被阻塞的线程会被挂起、等待重新调度，会导致"用户态和内核态"两个态之间来回切换，对性能有较大影响。