java多线程-synchronized

大纲：

1. 线程安全问题
2. synchronized代码块
3. 原理简述

一、线程安全问题

多线程操作各自线程创建的资源的时候，不存在线程安全问题。但多线程操作同一个资源的时候就会出现线程安全问题。下例为两个线程操作同一个name资源时发生的问题。

class TestSyn {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Resource resource = new Resource();
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    r.sayb();
                }
            }
        }.start();
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    r.sayq();
                }
            }
        }.start();
    }
}

class Resource {
    private String name;

    public void sayb() {
        name = "bbb";
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + name);//Thread-0打印bbb
    }

    public void sayq() {
        name = "qqqqqq";
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + name);//Thread-0打印bbb
    }
}
/**
 *
 Thread-1qqqqqq
 Thread-1qqqqqq
 Thread-0qqqqqq //其中一段错误信息,Thread-0线程也打印了qqqqqq
 Thread-0bbb
 Thread-0bbb
 */

问题出现过程：

1. Thread-0获取执行权执行name="bbb"。

2. Thread-1获得执行权执行name="qqqqqq"。

3. Thread-0重新获得执行权执行打印指令，这时Thread-0就打印出了qqqqqq。

二、synchronized代码块

如果name赋值，打印name是一个原子操作就可以避免线程安全问题。

java中synchronized可以标记一段代码，达到原子操作的效果。

1. 当一个线程执行标记有synchronized代码时将获得该对象的锁，然后开始执行synchronized标记的代码。
2. 每一个对象只有一个锁，因此其他线程无法获得该对象锁。
3. 其他线程如果这时候也执行到了标记有synchronized的代码将阻塞，直到获得对象锁的线程执行完synchronized标记的代码。
4. 然后持有锁的线程释放锁。
5. 其他线程开始争夺锁，回到第1步。

 synchronized标记代码有两种方式：

//synchronized代码块
class Resource {
    private String name;

    public void sayb() {
        synchronized (this){
            name = "bbb";
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + name);//Thread-0打印bbb
        }
        //...其他代码
    }

    public void sayq() {
        synchronized (this){
            name = "qqqqqq";
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + name);//Thread-0打印bbb
        }
        //...其他代码
    }
}

//synchronized方法
class Resource {
    private String name;

    public synchronized void sayb() {
        name = "bbb";
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + name);//Thread-0打印bbb
        //...其他代码
    }

    public synchronized void sayq() {
        name = "qqqqqq";
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + name);//Thread-0打印bbb
        //...其他代码
    }
}

上例中两个线程执行的是同一个对象的方法，因此他们抢夺同一个锁，一个线程执行的时候，另一个线程阻塞。

两种方法有些不同点：

1. synchronized方法标记在非static方法上，线程获得的锁为this，例子中为resource对象。若标记在static方法上则线程获得的锁为Resource.class对象。
2. synchronized标记在代码块上，可以由用户自己指定，而且代码块的范围也可以自己指定。因此synchronized代码块比synchronized方法更加灵活。

 三、原理简述

synchronized并非一开始就加上悲观锁，有一个锁升级的过程。无锁-->偏向锁-->轻量级锁-->重量级锁，锁可以升级不能降级，但可以撤销。

锁对象头中有mark word，用于存放锁相关信息。

无锁：锁对象头中mark word锁标志位初始为无锁状态。

偏向锁:：当有线程进入同步代码块，每一个线程栈帧中记录lock record，并将栈帧中obj指向锁对象，mark word存储栈帧地址(重入则地址相同)，其他线程进入同步代码块，首先检查是否偏向锁，再检查获取锁线程中的obj是否指向锁对象，指向锁对象证明持有锁，存在竞争，锁升级。

轻量级锁：mark word中记录的线程离开同步代码块会将栈帧中obj置null表示释放锁，期间其他线程自旋等待获取锁，竞争少 ，自旋次数少的情况下，轻量级锁性能比较好，因为用户态切换内核态是比较消耗性能的。当自旋超过一定次数或竞争线程超过一定数量时，锁升级。

重量级锁：mark word中存放monitor对象地址，monitor主要存放持有锁的线程id，重入次数，wait线程链表，synchronized链表（没抢到锁的线程）等。没有获取到锁的线程进入blocked状态和被wait被唤醒的线程会被放到synchronized链表队尾，monitor释放锁，synchronized链表头被唤醒会和新来线程进行锁争抢，因此synchronized为非公平锁。