jdk1.8源码Synchronized及其实现原理
一、Synchronized的基本使用
关于Synchronized在JVM的原理(偏向锁,轻量级锁,重量级锁)可以参考 : http://www.cnblogs.com/dennyzhangdd/p/6734638.html
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
接下来我就通过几个例子程序来说明一下这三种使用方式(为了便于比较,三段代码除了Synchronized的使用方式不同以外,其他基本保持一致)。
1、没有同步的情况:
代码段一:
package cn.com.jdk.thread; public class SynchronizedTest1 {
public void method1(){
System.out.println("Method 1 start");
try {
System.out.println("Method 1 execute");
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Method 1 end");
} public void method2(){
System.out.println("Method 2 start");
try {
System.out.println("Method 2 execute");
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Method 2 end");
} public static void main(String[] args) {
final SynchronizedTest1 test = new SynchronizedTest1(); new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
test.method1();
}
}).start(); new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
test.method2();
}
}).start();
}
}
执行结果如下:
Method 1 start
Method 1 execute
Method 2 start
Method 2 execute
Method 2 end
Method 1 end
线程1和线程2同时进入执行状态,线程2执行速度比线程1快,所以线程2先执行完成,这个过程中线程1和线程2是同时执行的。
2、对普通方法同步:
代码段二:
package cn.com.jdk.thread; public class SynchronizedTest2 {
public synchronized void method1(){
System.out.println("Method 1 start");
try {
System.out.println("Method 1 execute");
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Method 1 end");
} public synchronized void method2(){
System.out.println("Method 2 start");
try {
System.out.println("Method 2 execute");
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Method 2 end");
} public static void main(String[] args) {
final SynchronizedTest2 test = new SynchronizedTest2(); new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
test.method1();
}
}).start(); new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
test.method2();
}
}).start();
}
}
执行结果如下:
Method 1 start
Method 1 execute
Method 1 end
Method 2 start
Method 2 execute
Method 2 end
跟代码段一比较,可以很明显的看出,线程2需要等待线程1的method1执行完成才能开始执行method2方法(也有可能先执行线程2,线程1需要等待线程2的method2执行完成才能开始执行method1方法),方法级别串行执行。
3、静态方法(类)同步
代码段三:
package cn.com.jdk.thread; public class SynchronizedTest3 {
public static synchronized void method1(){
System.out.println("Method 1 start");
try {
System.out.println("Method 1 execute");
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Method 1 end");
} public static synchronized void method2(){
System.out.println("Method 2 start");
try {
System.out.println("Method 2 execute");
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Method 2 end");
} public static void main(String[] args) {
final SynchronizedTest3 test = new SynchronizedTest3();
final SynchronizedTest3 test2 = new SynchronizedTest3(); new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
test.method1();
}
}).start(); new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
test2.method2();
}
}).start();
}
}
执行结果如下:
Method 1 start
Method 1 execute
Method 1 end
Method 2 start
Method 2 execute
Method 2 end
对静态方法的同步本质上是对类的同步(静态方法本质上是属于类的方法,而不是对象上的方法),所以即使test和test2属于不同的对象,但是它们都属于SynchronizedTest类的实例,所以也只能顺序的执行method1和method2,(也有可能是线程2先执行,顺序执行method2和method1)不能并发执行。
4、代码块同步
代码段四:
package cn.com.jdk.thread; public class SynchronizedTest4 {
public void method1(){
System.out.println("Method 1 start");
try {
synchronized (this) {
System.out.println("Method 1 execute");
Thread.sleep(3000);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Method 1 end");
} public void method2(){
System.out.println("Method 2 start");
try {
synchronized (this) {
System.out.println("Method 2 execute");
Thread.sleep(1000);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Method 2 end");
} public static void main(String[] args) {
final SynchronizedTest4 test = new SynchronizedTest4(); new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
test.method1();
}
}).start(); new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
test.method2();
}
}).start();
}
}
执行结果如下:
Method 1 start
Method 2 start
Method 1 execute
Method 1 end
Method 2 execute
Method 2 end
虽然线程1和线程2都进入了对应的方法开始执行,但是线程2在进入同步块之前,需要等待线程1中同步块执行完成,代码块级别串行。
二、Synchronized 原理
实际上,JVM只区分两种不同用法 1.修饰代码块 2.修饰方法。上SE8规范:http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-3.html#jvms-3.14
上图中,红框框中说明了,1.monitorenter+monitorexit(上图中的onlyMe方法中同步代码块) 2.修饰方法
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。
1、同步代码块:
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:
public class SynchronizedDemo {
public void method (){
synchronized (this) {
System.out.println("method 1 start!!!!");
}
}
}
javac -encoding utf-8 SynchronizedDemo.java 编译生成class 后,javap -c 反编译一下,看指令:
这里着重分析2个monitorenter、monitorexit这两个指令。这里以JSE8位为准,查到属于JVM指令集。官网各种API、JVM规范,指令等,传送门:http://docs.oracle.com/javase/8/docs/。
1.1,monitorenter监视器准入指令
关于这两条指令的作用,我们直接参考JVM规范中描述:
这段话的大概意思为:
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。
1.2,monitorexit监视器释放指令
这段话的大概意思为:
1,执行monitorexit的线程必须是objectref所对应的monitor的所有者。
2,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。
2、同步方法
我们再来看一下同步方法的反编译结果:
源代码:
package cn.com.jdk.thread; public class SynchronizedDemo0 {
public synchronized void method (){
System.out.println("method start!!!!");
}
}
反编译结果:
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。
三、运行结果解释
有了对Synchronized原理的认识,再来看上面的程序就可以迎刃而解了。
1、代码段2结果:
虽然method1和method2是不同的方法,但是这两个方法都进行了同步,并且是通过同一个对象去调用的,所以调用之前都需要先去竞争同一个对象上的锁(monitor),也就只能互斥的获取到锁,因此,method1和method2只能顺序的执行。
2、代码段3结果:
虽然test和test2属于不同对象,但是test和test2属于同一个类的不同实例,由于method1和method2都属于静态同步方法,所以调用的时候需要获取同一个类上monitor(每个类只对应一个class对象),所以也只能顺序的执行。
3、代码段4结果:
对于代码块的同步实质上需要获取Synchronized关键字后面括号中对象的monitor,由于这段代码中括号的内容都是this,而method1和method2又是通过同一的对象去调用的,所以进入同步块之前需要去竞争同一个对象上的锁,因此只能顺序执行同步块。
四 、总结
Synchronized是Java并发编程中最常用的用于保证线程安全的方式,其使用相对也比较简单。但是如果能够深入了解其原理,对监视器锁等底层知识有所了解,一方面可以帮助我们正确的使用Synchronized关键字,另一方面也能够帮助我们更好的理解并发编程机制,有助我们在不同的情况下选择更优的并发策略来完成任务。对平时遇到的各种并发问题,也能够从容的应对。
全文参考:https://www.cnblogs.com/paddix/p/5367116.html
https://www.cnblogs.com/dennyzhangdd/p/6670307.html#_labelTop
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