Java必會的Synchronized底層原理剖析

第Java必會的Synchronized底層原理剖析目錄1.synchronized作用2.synchronized用法3.synchronized加鎖原理synchronized作為Java程序員最常用同步工具，很多人卻對它的用法和實(shí)現(xiàn)原理一知半解，以至于還有不少人認(rèn)為synchronized是重量級鎖，性能較差，盡量少用。

但不可否認(rèn)的是synchronized依然是并發(fā)首選工具，連volatile、CAS、ReentrantLock都無法動搖synchronized的地位。synchronized是工作面試中的必備技能，今天就跟著一燈一塊深入剖析synchronized的底層原理。

1.synchronized作用

synchronized是Java提供一種隱式鎖，無需開發(fā)者手動加鎖釋放鎖。保證多線程并發(fā)情況下數(shù)據(jù)的安全性，實(shí)現(xiàn)了同一個時刻只有一個線程能訪問資源，其他線程只能阻塞等待，簡單說就是互斥同步。

2.synchronized用法

先看一下synchronized有哪幾種用法？

使用位置被鎖對象示例代碼實(shí)例方法實(shí)例對象publicsynchronizedvoidmethod(){

}靜態(tài)方法class類publicstaticsynchronizedvoidmethod(){

}實(shí)例對象實(shí)例對象publicvoidmethod(){

Objectobj=newObject();

synchronized(obj){

}

}類對象class類publicvoidmethod(){

synchronized(Demo.class){

}

}this關(guān)鍵字實(shí)例對象publicvoidmethod(){

synchronized(this){

}

}

可以看到被鎖對象只要有兩種，實(shí)例對象和class類。

由于靜態(tài)方法可以通過類名直接訪問，所以它跟直接加鎖在class類上是一樣的。當(dāng)在實(shí)例方法、實(shí)例對象、this關(guān)鍵字上面加鎖的時候，鎖定范圍都是當(dāng)前實(shí)例對象。實(shí)例對象上面的鎖和class類上面的鎖，兩者不互斥。

3.synchronized加鎖原理

當(dāng)我們使用synchronized在方法和對象上加鎖的時候，Java底層到底怎么實(shí)現(xiàn)加鎖的？

當(dāng)在類對象上加鎖的時候，也就是在class類加鎖，代碼如下：

/**

*@author一燈架構(gòu)

*@apiNoteSynchronized示例

publicclassSynchronizedDemo{

publicvoidmethod(){

synchronized(SynchronizedDemo.class){

System.out.println("Helloworld!");

反編譯一下，看一下源碼實(shí)現(xiàn)：

可以看到，底層是通過monitorenter和monitorexit兩個關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)的加鎖與釋放鎖，執(zhí)行同步代碼之前使用monitorenter加鎖，執(zhí)行完同步代碼使用monitorexit釋放鎖，拋出異常的時候也是用monitorexit釋放鎖。

寫成偽代碼，類似下面這樣：

/**

*@author一燈架構(gòu)

*@apiNoteSynchronized示例

publicclassSynchronizedDemo{

publicvoidmethod(){

try{

monitorenter加鎖;

System.out.println("Helloworld!");

monitorexit釋放鎖;

}catch(Exceptione){

monitorexit釋放鎖;

當(dāng)在實(shí)例方法上加鎖，底層是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？代碼如下：

/**

*@author一燈架構(gòu)

*@apiNoteSynchronized示例

publicclassSynchronizedDemo{

publicstaticsynchronizedvoidmethod(){

System.out.println("Helloworld!");

再反編譯看一下底層實(shí)現(xiàn)：

這次只使用了一個ACC_SYNCHRONIZED關(guān)鍵字，實(shí)現(xiàn)了隱式的加鎖與釋放鎖。其實(shí)無論是ACC_SYNCHRONIZED關(guān)鍵字，還是monitorenter和monitorexit，底層都是通過獲取monitor鎖來實(shí)現(xiàn)的加鎖與釋放鎖。

而monitor鎖又是通過ObjectMonitor來實(shí)現(xiàn)的，虛擬機(jī)中ObjectMonitor數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下（C++實(shí)現(xiàn)的）：

ObjectMonitor(){

_header=NULL;

_count=0;//WaitSet和EntryList的節(jié)點(diǎn)數(shù)之和

_waiters=0,

_recursions=0;//重入次數(shù)

_object=NULL;

_owner=NULL;//持有鎖的線程

_WaitSet=NULL;//處于wait狀態(tài)的線程，會被加入到_WaitSet

_WaitSetLock=0;

_Responsible=NULL;

_succ=NULL;

_cxq=NULL;//多個線程爭搶鎖，會先存入這個單向鏈表

FreeNext=NULL;

_EntryList=NULL;//處于等待鎖block狀態(tài)的線程，會被加入到該列表

_SpinFreq=0;

_SpinClock=0;

OwnerIsThread=0;

圖上展示了ObjectMonitor的基本工作機(jī)制：

當(dāng)多個線程同時訪問一段同步代碼時，首先會進(jìn)入_EntryList隊列中等待。當(dāng)某個線程獲取到對象的Monitor鎖后進(jìn)入臨界區(qū)域，并把Monitor中的_owner變量設(shè)置為當(dāng)前線程，同時Monitor中的計數(shù)器_count加1。即獲得對象鎖。若持有Monitor的線程調(diào)用wait()方法，將釋放當(dāng)前持有的Monitor鎖，_owner變量恢復(fù)為null，_count減1，同時該線程進(jìn)入_WaitSet集合中等待被喚醒。在_WaitSet集合中的線程會被再次放到_EntryList隊列中，重新競爭獲取鎖。若當(dāng)前線程執(zhí)行完畢也將釋放Monitor并復(fù)位變量的值，以便其他線程進(jìn)入獲取鎖。

線程爭搶鎖的過程要比上面展示得更加復(fù)雜。除了