学习笔记-synchronize关键字

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一、线程安全

public class ThreadSafeDemo {

    private static int count = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(() -> increment()).start();
        }
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println(count);
    }

    private static void increment() {
        try {
            Thread.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        count++;
    }
}

 我们的预期值是1000，但实际得到的结果往往小于这个数，这就是线程安全问题。

在increment加上synchronized关键字之后就不会出现上面问题。

二、synchronized关键字

2.1 概念

通常我们称synchronized为同步锁，他能将并行执行的程序转换为串行执行，保证了线程安全。

在1.6版本之前，synchronized被称之为重量级锁，经过1.6版本优化之后，引入了轻量级锁，偏向锁，也就没那么重了。

2.2 使用

synchronized有三种用法：

1.修饰实例方法，作用于当前对象

2.修饰静态方法，作用于当前类

3.修饰代码块，作用于指定加锁对象

2.3原理

2.3.1对象在内存中的布局

 

对象在内存中的布局包含对象头，实例数据，对其填充，对象头包含了对象标记和类元信息。

对象标记（Mark World）：记录锁，GC等对象信息

类源信息（Meta Data）：对象指向它的类元数据(Klass)的首地址

对象标记的存储分为以下几种情况

 

 2.3.2 锁升级

hotspot 虚拟机的作者经过调查发现，大部分情况下，加锁的代码不仅仅不存在多线程竞争，而且总是由同一个线程多次获得。由此出现了偏向锁。

2.3.2.1 偏向锁

当一个线程首次访问加了同步锁的代码块时，会在锁对象头中存储当前线程的 ID，后续这个线程再次访问这段加了同步锁的代码块时，不需要再次加锁和释放锁。而是直接比较对象头里面是否存储了指向当前线程的偏向锁，如果存在，直接执行同步代码块。

当已存在线程执行同步代码块，其他线程访问同步代码块时，先比较Mark Word里线程ID是否为当前线程，如果不是，则需要判断偏向锁的标识。如果标识被设置为0（表示当前是无锁状态），则使用CAS竞争锁，如果标识设置成1（表示当前是偏向锁状态），则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程，触发偏向锁的撤销。撤销锁过程中，若原来持有锁的线程退出了临界区，说明同步代码块已执行完，此时会设置锁对象头为无锁状态，后面的线程可以通过CAS拿到当前锁，否则，升级为轻量级锁。

 

 

2.3.2.2 轻量级锁

锁升级为轻量级锁之后，对象的 Markword 也会进行相应的的变化。升级为轻量级锁的过程：
1. 线程在自己的栈桢中创建锁记录 LockRecord。
2. 将锁对象的对象头中的 MarkWord 复制到线程的刚刚创建的锁记录中。
3. 将锁记录中的 Owner 指针指向锁对象。
4. 将锁对象的对象头的 MarkWord 替换为指向锁记录的指针。

 

 经过调查发现大多数情况下，同步代码块的执行时间较短由此轻量级锁通过自旋来实现。简单来说，未拿到锁的线程会在原地等待，不断重试争抢锁，当满足一定条件时不再重试，升级为重量级锁。

 

 

2.3.2.3 重量级锁

先看下面例子

public class MonitorDemo {

    public static void main(String[] args) {

    }

    static {
        synchronized (MonitorDemo.class){

        }
    }
}

打开终端，输入javap -v MonitorDemo.class查看当前类字节码信息

重量级锁通过锁对象头中争抢monitor算法实现，monitorenter 表示去获得一个对象监视器。monitorexit 表示释放 monitor 监视器的所有权，使得其他被阻塞的线程可以尝试去获得这个监视器。监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock（互斥锁）来实现的。而操作系统实现线程之间的切换需要从用户态转换到核心态，这个成本非常高，状态之间的转换需要相对比较长的时间，这就是为什么 Synchronized 效率低的原因