Java并发编程的艺术（三）——synchronized

什么是synchronized

synchronized可以保证某个代码块或者方法被一个线程占有，保证了一个线程的可先性。java 1.6之前是重量级锁，在1.6进行了各种优化，就不那么重了，并引入了偏向锁和轻量级锁，以及锁的存储结构和升级过程。

synchronized实现方式

Java中每个对象都可以作为锁：

• 对于普通同步方法，锁是实例对象。
• 对于静态通同步方法，锁是当前类的Class对象。
• 对于同步方法块，锁是Synchronized括号里的配置对象。

synchronized实现原理

synchronized可以保证方法或者代码块在运行时，同一个时刻只有一个线程可以进入到临界区，同时它还可以保证共享变量的可见性。

JVM基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步。通过monitorenter和monitorexit指令实现。前者是编译后插入到同步代码块开始的位置，后者是插入到方法结束和异常处。JVM保证每个monitorenter和monitorexit指令是配对的，任何对象都会有一个monitor与之关联，当对对象的monitor被持有后，它就是处于锁定状态。线程执行到monitorenter时，就会尝试获取对象monitor的所有权，就是获取对象锁。

sychronized 特点

1. 不能被继承，但是可以调用父类的同步方法达到同步的目的。
2. 一个线程访问一个对象的synchronized方法或者代码块的时候，其他线程访问该对象的synchronized方法或者代码块将被阻塞，但是非synchronized方法或者代码块还是可以访问 的。
3. 不论sychronized 放在对象还是方法上，如果它作用的是非静态的，那么获得锁是对象，如果是静态的，那么获得锁是类，最后导致获得所有对象的锁。

锁的升级和对比

锁一共有四种状态：

1. 无锁
2. 偏向锁
3. 轻量级锁
4. 重量级锁

锁的升级

锁可以升级，但是不能降级。

这样的规则目的是为了提高获得锁和释放锁的效率。

偏向锁

作用

大多数情况下不存在锁的竞争，为了降低同一线程获得锁的开销，就在锁的对象头中加入这一线程的ID，这样，在之后这个线程进入和退出同步块的时候就不需要CAS操作来实现加锁和解锁。

撤销

当出现锁的竞争，持有偏向锁的线程才会释放锁，锁就会升级。

轻量级锁

作用

利用CAS算法，线程通过自旋的方式获取锁。这样，线程不会被阻塞。

加锁

首先JVM在线程的栈帧中创建锁记录存储空间，然后把锁对象头重的Markword复制到栈帧中。在通过利用CAS方法将锁对象的markword替换为指向线程栈帧锁记录的指针。如果成功替换，就获得了当前锁，如果已经被其他线程替换了，那么就会自旋获取锁。

解锁

将栈帧的markword再利用CAS放回对象的头中，如果失败，就说明存在锁竞争，锁就会升级为重量级锁。

锁的比较

synchronized使用

修饰方法和代码块

修饰方法很简单，就在方法前面加一个synchronized关键字。

public synchronized void method()
{
   // todo
}

public void method()
{
   synchronized(this) {
      // todo
   }
}

指定给某个对象加锁

public void method3(SomeObject obj)
{
   //obj 锁定的对象
   synchronized(obj)
   {
      // todo
   }
}

上面的代码中，通过synchronized 给obj对象加锁。当其他线程想要访问obj，就会被阻塞。

class Test implements Runnable
{
   private byte[] lock = new byte[0];  // 特殊的instance变量
   public void method()
   {
      synchronized(lock) {
         // todo 同步代码块
      }
   }
 
   public void run() {
 
   }
}

如果只是想要一个锁，可以利用特殊的实例来充当锁。

修饰静态的方法

public synchronized static void method() {
   // todo
}

因为静态方法是属于这个类的， 而不是实例化的对象，所以，synchronized 修饰的是静态方法锁定的这个类的所有对象。

修饰类

class ClassName {
   public void method() {
      synchronized(ClassName.class) {
         // todo
      }
   }
}

和修饰静态方法一样，所有对象都共有这把类锁。

参考: link.