synchronized 机制详解

tech2023-09-17  90

很多同学分不清synchronized同步锁的一个机制,今天我们就详细来讲一下关于同步锁的机制。

还是老规矩开讲之前,先来了解几个基础概念。

J-1.1同步临界区

同步是JVM的一个特性,旨在保证两个或多个并发的线程不会同时执行同一块代码,这块代码我们称为同步临界区。临界区中的代码只能以串行的方式运行(一次只有一个线程执行)。通常在代码中我们使用synchronized代码块来包裹。

J-1.2锁

临界区的同步是通过监听器来实现的,监听器针对临界区的并发执行进行控制。每一个Java对象都和一个监听器相关联,线程通过获取和释放监听器的锁(一个标志)来上锁和解锁。

临界区的代码同一时间只能有一个线程执行,而获得执行权的这个线程我们称之为获得了锁,由于线程之间在临界区是互斥的,所以我也称之为互斥锁。其实,除了互斥锁还有共享锁的概念,共享锁是所有线程共享的一把锁,一般是用在读取数据的时候。

J-1.3缓存变量

我们的程序在未开始运行的时候是存在硬盘上的,当我们的程序开始运行,这时候程序会被load进内存。当我们程序中用到某个变量的时候,JVM和OS共同协调将内存中的变量缓存到寄存器或者处理器缓存中,此时寄存器或者处理器缓存中的变量就称为缓存变量。

J-1.4线程可见性

多个线程共同访问一个共享变量时,会拷贝一份缓存变量到自己的工作空间,线程内的变量对于其他线程是不可见的,这就是线程可见性。可以通过volatile来保证线程的可见性,同时synchronized也可以保证线程的可见性(当进入临界区,线程会从主存中读取变量,离开时把变量写回主存)。

1、synchronized代码块,我们先来 看下synchronized最基本的用法。任何代码想要执行临界区的代码,必须先得到o这把锁,是跟具体的变量没有关系的。这种写法是在对象o的头部(Markword)中使用2bit来记录这个锁的信息。对象o可以替换为this,此时锁的信息记录在当前类对象的Markword中。

public class T05_Synchronized { private int count = 10; private Object o = new Object(); public void m() { synchronized (o) {//任何代码想要执行临界区的代码,必须先得到o这把锁,而跟m方法、count变量没有直接关系 count--; System.out.println(count); } } }

2、synchronized方法。当synchronized关键字加在非静态方法上时,其作用其实和synchronized(this)的效果是一样的,只不过写法不一样而已

public class T07_SynchronizedFeature_m { private int count = 10; private Object o = new Object(); public synchronized void m() { //等价于synchronized(this) count--; System.out.println(count); } }

3、synchronized静态方法。当synchronized关键字加在静态方法上或者synchronized代码块处于静态方法中时,此时的锁其实是记录在静态方法所处的类的class对象的markword中(java中一切皆对象,我们都知道我们写的java代码都会编译成后缀为class名字相同的文件,这一个一个class文件的就是Class类的一个个对象)。

public class T08_SynchronizedFeature_static { private static int count = 10; private Object o = new Object(); public synchronized static void m() { //等价于synchronized(T06_SynchronizedFeature_static.class) count--; System.out.println(count); } public static void mm() { synchronized (T08_SynchronizedFeature_static.class) { count--; } } }

需要注意的一点:我们现在知道了synchronized静态方法的锁加在Class对象的markword中,而非静态方法的锁加在当前对象的头部,也就是如果同一个类中synchronized静态方法和synchronized非静态方法并不是互斥的,因为他们本来就锁的不是同一个对象(一个是class对象,一个是当前对象)。

4、synchronized可重入。一个同步方法调用另外一个同步方法,一个线程已经拥有某个对象的锁,再次申请的时候仍会得到该对象的锁也就是synchronized获得的锁是可重入的。

5、synchronized和Exception

当synchronized代码块中如果出现异常,线程默认会释放锁,如果不想释放,可以在catch中继续运行。我们来看一段代码,从输出结果来看当synchronized的线程抛出异常时,线程的锁会释放,线程也会停止。

public static void main(String[] args) { Runnable r = new Runnable() { @Override public synchronized void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { Thread.currentThread().sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":::::" + i); if (i == 5) { double a = 5 / 0; // try { // double a = 5 / 0; // } catch (Exception e) { // e.printStackTrace(); // } } } } }; Thread t1 = new Thread(r, "t1"); Thread t2 = new Thread(r, "t2"); t1.start(); t2.start(); }

但是当我们在线程中对异常进行捕获,此时线程会继续进行,也不会进行锁释放。

public static void main(String[] args) { Runnable r = new Runnable() { @Override public synchronized void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { Thread.currentThread().sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":::::" + i); if (i == 5) { // double a = 5 / 0; try { double a = 5 / 0; } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } } }; Thread t1 = new Thread(r, "t1"); Thread t2 = new Thread(r, "t2"); t1.start(); t2.start(); }

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