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java中的synchronized是什么

这篇文章主要介绍了java中的synchronized是什么的相关知识，内容详细易懂，操作简单快捷，具有一定借鉴价值，相信大家阅读完这篇java中的synchronized是什么文章都会有所收获，下面我们一起来看看吧。

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一、synchronized实现锁的表现形式

  1. 修饰实例方法，对于普通同步方法，锁是当前的实例对象

  2. 修饰静态方法，对于静态同步方法，锁是当前的Class对象

  3. 修饰方法代码块，对于同步方法块，锁是synchronized括号里面配置的对象！

当一个线程试图访问同步代码块的时候，就必须得到锁，完成后(或者出现异常)，就必须释放锁。那么锁究竟存在什么地方呢？我们一块来探究！

不过，相信，既然大家能够找到这篇文章，相信大家对他的使用早已了熟于心，我们对于使用，以及为什么多线程情况下，数据会出现错乱情况，不做详细的解释！只把他的几种使用方式列出，供参考！

①修饰实例方法

修饰实例方法，对于普通同步方法，锁是当前的实例对象

这个没得说，使用的同一个实例，添加上synchronized后，线程需要排队，完成一个原子操作，但是注意前提是使用的同一个实例，他才会生效！

正例：

/**
* @author huangfu
*/
public class ExploringSynchronized implements Runnable {
   /**
    * 共享资源(临界资源)
    */
   static int i=0;
   public synchronized void add(){
       i++;
   }

   @Override
   public void run() {
       for (int j = 0; j < 100000; j++) {
           add();
       }
   }

   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       ExploringSynchronized exploringSynchronized = new ExploringSynchronized();
       Thread t1 = new Thread(exploringSynchronized);
       Thread t2 = new Thread(exploringSynchronized);
       t1.start();
       t2.start();
       //join 主线程需要等待子线程完成后在结束
       t1.join();
       t2.join();
       System.out.println(i);

   }
}

反例：

/**
* @author huangfu
*/
public class ExploringSynchronized implements Runnable {
   /**
    * 共享资源(临界资源)
    */
   static int i=0;
   public synchronized void add(){
       i++;
   }

   @Override
   public void run() {
       for (int j = 0; j < 100000; j++) {
           add();
       }
   }

   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       Thread t1 = new Thread(new ExploringSynchronized());
       Thread t2 = new Thread(new ExploringSynchronized());
       t1.start();
       t2.start();
       //join 主线程需要等待子线程完成后在结束
       t1.join();
       t2.join();
       System.out.println(i);

   }
}

这种，即使你在方法上加上了synchronized也无济于事，因为，对于普通同步方法，锁是当前的实例对象！实例对象都不一样了，那么他们之间的锁自然也就不是同一个！

②修饰静态方法

修饰静态方法，对于静态同步方法，锁是当前的Class对象

从定义上可以看出来，他的锁是类对象，那么也就是说，以上面那个类为例：普通方法的锁对象是 new ExploringSynchronized()而静态方法对应的锁对象是ExploringSynchronized.class所以对于静态方法添加同步锁，即使你重新创建一个实例，它拿到的锁还是同一个！

package com.byit.test;

/**
* @author huangfu
*/
public class ExploringSynchronized implements Runnable {
   /**
    * 共享资源(临界资源)
    */
   static int i=0;
   public synchronized static void add(){
       i++;
   }

   @Override
   public void run() {
       for (int j = 0; j < 100000; j++) {
           add();
       }
   }

   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       Thread t1 = new Thread(new ExploringSynchronized());
       Thread t2 = new Thread(new ExploringSynchronized());
       t1.start();
       t2.start();
       //join 主线程需要等待子线程完成后在结束
       t1.join();
       t2.join();
       System.out.println(i);

   }
}

当然，结果是我们期待的  200000

③修饰方法代码块

修饰方法代码块，对于同步方法块，锁是synchronized括号里面配置的对象！

package com.byit.test;

/**
* @author huangfu
*/
public class ExploringSynchronized implements Runnable {
   /**
    * 锁标记
    */
   private static final String LOCK_MARK = "LOCK_MARK";
   /**
    * 共享资源(临界资源)
    */
   static int i=0;
   public void add(){
       synchronized (LOCK_MARK){
           i++;
       }
   }

   @Override
   public void run() {
       for (int j = 0; j < 100000; j++) {
           add();
       }
   }

   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       Thread t1 = new Thread(new ExploringSynchronized());
       Thread t2 = new Thread(new ExploringSynchronized());
       t1.start();
       t2.start();
       //join 主线程需要等待子线程完成后在结束
       t1.join();
       t2.join();
       System.out.println(i);

   }
}

对于同步代码块，括号里面是什么，锁对象就是什么，里面可以使用this  字符串  对象等等！

二、synchronized的底层实现

java中synchronized的实现是基于进入和退出的 Monitor对象实现的，无论是显式同步（修饰代码块，有明确的monitorenter和 monitorexit指令）还是隐式同步(修饰方法体)！

需要注意的是，只有修饰代码块的时候，才是基于monitorenter和 monitorexit指令来实现的；修饰方法的时候，是通过另一种方式实现的！我会放到后面去说！

在了解整个实现底层之前，我还是希望你能够大致了解一下对象在内存中的结构详情！

java中的synchronized是什么

  • 实例变量：存放类的属性数据信息，包括父类的属性信息，如果是数组的实例部分还包括数组的长度，这部分内存按4字节对齐。

  • 填充数据：由于虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。填充数据不是必须存在的，仅仅是为了字节对齐，这点了解即可。

这两个概念，我们简单理解就好！我们今天并不去探究对象的构成原理！我们着重探究一下对象头，他对我们理解锁尤为重要！

一般而言，synchronized使用的锁存在于对象头里面！如果是数组对象，则虚拟机使用3个字宽存储对象，如果是非数组对象，则使用两个字宽存储对象头！字虚拟机里面1字宽等于4字节！主要结构是 Mark Word 和 Class Metadata Address组成,结构如下：

虚拟机位数头对象结构说明
32/64bitMark Word存储对象的hashCode、锁信息或分代年龄或GC标志等信息
32/64bitClass Metadata Address存储到队形类型数据的指针
32/64bit(数组)Aarray length数组的长度

通过上述表格能够看出  锁信息 存在于 Mark Word  内，那么 Mark Word 内又是如何组成的呢？

锁状态25bit4bit1bit是否是偏向锁2bit锁标志位
无锁状态对象的hashcode对象的分代年龄001

在运行起见，mark Word 里存储的数据会随着锁的标志位的变化而变化。mark Word可能变化为存储一下四种数据

java中的synchronized是什么

Java SE 1.6为了减少获得锁和释放锁带来的消耗，引入了偏向锁和轻量级锁，从之前上来就是重量级锁到1.6之后，锁膨胀升级的优化，极大地提高了synchronized的效率；

锁一共有4中状态，级别从低到高：

java中的synchronized是什么

这几个状态会随着锁的竞争，逐渐升级。锁可以升级，但是不能降级，其根本的原因就是为了提高获取锁和释放锁的效率！

那么，synchronized是又如何保证的线程安全的呢？或许我们需要从字节码寻找答案！

package com.byit.test;

/**
* @author Administrator
*/
public class SynText {
   private static String A = "a";
   public int i ;

   public void add(){
       synchronized (A){
           i++;
       }

   }
}

反编译的字节码

Compiled from "SynText.java"
public class com.byit.test.SynText {
 public int i;

 public com.byit.test.SynText();
   Code:
      0: aload_0
      1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
      4: return

 public void add();
   Code:
      0: getstatic     #2                  // Field A:Ljava/lang/String;
      3: dup
      4: astore_1
      5: monitorenter
      6: aload_0
      7: dup
      8: getfield      #3                  // Field i:I
     11: iconst_1
     12: iadd
     13: putfield      #3                  // Field i:I
     16: aload_1
     17: monitorexit
     18: goto          26
     21: astore_2
     22: aload_1
     23: monitorexit
     24: aload_2
     25: athrow
     26: return
   Exception table:
      from    to  target type
          6    18    21   any
         21    24    21   any

 static {};
   Code:
      0: ldc           #4                  // String a
      2: putstatic     #2                  // Field A:Ljava/lang/String;
      5: return
}

省去不必要的，简化在简化

   5: monitorenter
     ...
     17: monitorexit
     ...
     23: monitorexit

从字节码中可知同步语句块的实现使用的是monitorenter和 monitorexit指令，其中monitorenter指令指向同步代码块的开始位置，monitorexit指令则指明同步代码块的结束位置,当执行monitorenter指令的时候，线程将试图获取对象所所对应的monitor特权，当monitor的的计数器为0的时候，线程就可以获取monitor,并将计数器设置为1.去锁成功！如果当前线程已经拥有monitor特权，则可以直接进入方法（可重入锁），计数器+1；如果其他线程已经拥有了monitor特权，那么本县城将会阻塞！

拥有monitor特权的线程执行完成后释放monitor，并将计数器设置为0；同时执行monitorexit指令；不要担心出现异常无法执行monitorexit指令；为了保证在方法异常完成时 monitorenter 和 monitorexit 指令依然可以正确配对执行，编译器会自动产生一个异常处理器，这个异常处理器声明可处理所有的异常，它的目的就是用来执行 monitorexit 指令。从字节码中也可以看出多了一个monitorexit指令，它就是异常结束时被执行的释放monitor 的指令。

同步代码块的原理了解了，那么同步方法如何解释？不急，我们不妨来反编译一下同步方法的状态！

javap -verbose -p SynText > 3.txt

代码

package com.byit.test;

/**
* @author huangfu
*/
public class SynText {
   public int i ;

   public synchronized void add(){
       i++;

   }
}

字节码

Classfile /D:/2020project/byit-myth-job/demo-client/byit-demo-client/target/classes/com/byit/test/SynText.class
 Last modified 2020-1-6; size 382 bytes
 MD5 checksum e06926a20f28772b8377a940b0a4984f
 Compiled from "SynText.java"
public class com.byit.test.SynText
 minor version: 0
 major version: 52
 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
  #1 = Methodref          #4.#17         // java/lang/Object."":()V
  #2 = Fieldref           #3.#18         // com/byit/test/SynText.i:I
  #3 = Class              #19            // com/byit/test/SynText
  #4 = Class              #20            // java/lang/Object
  #5 = Utf8               i
  #6 = Utf8               I
  #7 = Utf8               
  #8 = Utf8               ()V
  #9 = Utf8               Code
 #10 = Utf8               LineNumberTable
 #11 = Utf8               LocalVariableTable
 #12 = Utf8               this
 #13 = Utf8               Lcom/byit/test/SynText;
 #14 = Utf8               syncTask
 #15 = Utf8               SourceFile
 #16 = Utf8               SynText.java
 #17 = NameAndType        #7:#8          // "":()V
 #18 = NameAndType        #5:#6          // i:I
 #19 = Utf8               com/byit/test/SynText
 #20 = Utf8               java/lang/Object
{
 public int i;
   descriptor: I
   flags: ACC_PUBLIC

 public com.byit.test.SynText();
   descriptor: ()V
   flags: ACC_PUBLIC
   Code:
     stack=1, locals=1, args_size=1
        0: aload_0
        1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
        4: return
     LineNumberTable:
       line 6: 0
     LocalVariableTable:
       Start  Length  Slot  Name   Signature
           0       5     0  this   Lcom/byit/test/SynText;

 public synchronized void syncTask();
   descriptor: ()V
   flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
   Code:
     stack=3, locals=1, args_size=1
        0: aload_0
        1: dup
        2: getfield      #2                  // Field i:I
        5: iconst_1
        6: iadd
        7: putfield      #2                  // Field i:I
       10: return
     LineNumberTable:
       line 10: 0
       line 11: 10
     LocalVariableTable:
       Start  Length  Slot  Name   Signature
           0      11     0  this   Lcom/byit/test/SynText;
}
SourceFile: "SynText.java"

简化，在简化

 public synchronized void syncTask();
   descriptor: ()V
   flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
   Code:
     stack=3, locals=1, args_size=1
        0: aload_0
        1: dup

我们能够看到 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED这样的一句话

从字节码中可以看出，synchronized修饰的方法并没有monitorenter指令和monitorexit指令，取得代之的确实是ACC_SYNCHRONIZED标识，该标识指明了该方法是一个同步方法，JVM通过该ACC_SYNCHRONIZED访问标志来辨别一个方法是否声明为同步方法，从而执行相应的同步调用。这便是synchronized锁在同步代码块和同步方法上实现的基本原理。

那么在JAVA6之前，为什么synchronized会如此的慢？

那是因为，操作系统实现线程之间的切换需要系统内核从用户态切换到核心态!这个状态之间的转换，需要较长的时间，时间成本高！所以这也就是synchronized慢的原因！

三、锁膨胀的过程

在这之前，你需要知道什么是锁膨胀！他是JAVA6之后新增的一个概念！是一种针对之前重量级锁的一种性能的优化！他的优化，大部分是基于经验上的一些感官，对锁来进行优化！

①偏向锁

研究发现，大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且还总是由一条线程获得！因为为了减少锁申请的次数！引进了偏向锁！在没有锁竞争的情况下，如果一个线程获取到了锁，那么锁就进入偏向锁的模式！当线程再一次请求锁时，无需申请，直接获取锁，进入方法！但是前提是没有锁竞争的情况，存在锁竞争，锁会立即膨胀，膨胀为轻量级锁！

②轻量级锁

偏向锁失败，那么锁膨胀为轻量级锁！此时锁机构变为轻量级锁结构！他的经验依据是：“绝大多数情况下，在整个同步周期内，不会存在锁的竞争”，故而，轻量级锁适合，线程交替进行的场景！如果在同一时间出现两条线程对同一把锁的竞争，那么此时轻量级锁就不会生效了！但是，jdk官方为了是锁的优化性能更好，轻量级锁失效后，并不会立即膨胀为重量级锁！而是将锁转换为自旋锁状态！

③自旋锁

轻量级锁失败后，为了是避免线程挂起，引起内核态的切换！为了优化，此时线程会进入自选状态！他可能会进行几十次，上百次的空轮训！为什么呢？又是经验之谈！他们认为，大多数情况下，线程持有锁的时间都不会太长！做几次空轮训，就能大概率的等待到锁！事实证明，这种优化方式确实有效！最后如果实在等不到锁！没办法，才会彻底升级为重量级锁！

④锁消除

jvm在进行代码编译时，会基于上下文扫描；将一些不可能存在资源竞争的的锁给消除掉！这也是JVM对于锁的一种优化方式！不得不感叹，jdk官方的脑子！举个例子！在方法体类的局部变量对象，他永远也不可能会发生锁竞争，例如：

/**
* @author huangfu
*/
public class SynText {
   public static void add(String name1 ,String name2){
       StringBuffer sb = new StringBuffer();
       sb.append(name1).append(name2);
   }

   public static void main(String[] args) {
       for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
           add("w"+i,"q"+i);
       }
   }
}

不能否认，StringBuffer是线程安全的！但是他永远也不会被其他线程引用！故而，锁失效！故而，被消除掉！

关于“java中的synchronized是什么”这篇文章的内容就介绍到这里，感谢各位的阅读！相信大家对“java中的synchronized是什么”知识都有一定的了解，大家如果还想学习更多知识，欢迎关注创新互联行业资讯频道。


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