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  • 【面试题2020-03-30】面试官:对并发熟悉吗?说说Synchronized及实现原理

    一、Synchronized的基本使用

    Synchronized是Java中解决并发问题的一种最常用的方法,也是最简单的一种方法。

    Synchronized的作用主要有三个:

      1.确保线程互斥的访问同步代码

      2.保证共享变量的修改能够及时可见

      3.有效解决重排序问题。

    从语法上讲,Synchronized总共有三种用法:

      1.修饰普通方法

      2.修饰静态方法

      3.修饰代码块

    二、Synchronized 原理

    如果对上面的执行结果还有疑问,也先不用急,我们先来了解Synchronized的原理,再回头上面的问题就一目了然了。我们先通过反编译下面的代码来看看Synchronized是如何实现对代码块进行同步的:

    package com.paddx.test.concurrent;
    
    public class SynchronizedDemo {
        public void method() {
            synchronized (this) {
                System.out.println("Method 1 start");
            }
        }
    }

     monitorenter :

     每个对象有一个监视器锁(monitor)。当monitor被占用时就会处于锁定状态,线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权,过程如下:

      1.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。

      2.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.

      3.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。

    monitorexit:

      这段话的大概意思为:

      执行monitorexit的线程必须是objectref所对应的monitor的所有者。

      指令执行时,monitor的进入数减1,如果减1后进入数为0,那线程退出monitor,不再是这个monitor的所有者。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。

      通过这两段描述,我们应该能很清楚的看出Synchronized的实现原理,Synchronized的语义底层是通过一个monitor的对象来完成,其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象,这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法,否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。

    我们再来看一下同步方法的反编译结果:

    package com.paddx.test.concurrent;
    
    public class SynchronizedMethod {
        public synchronized void method() {
            System.out.println("Hello World!");
        }
    }

      从反编译的结果来看,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:当方法调用时,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,执行线程将先获取monitor,获取成功之后才能执行方法体,方法执行完后再释放monitor。

      在方法执行期间,其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。其实本质上没有区别,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。

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