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【Java】【并发编程】Synchronized

article 2024/12/22 10:20:05

在 Java 中，关键字 synchronized可以保证在同一个时刻，只有一个线程可以执行某个方法或者某个代码块(主要是对方法或者代码块中存在共享数据的操作)，同时我们还应该注意到synchronized另外一个重要的作用，synchronized可保证一个线程的变化(主要是共享数据的变化)被其他线程所看到（保证可见性，完全可以替代Volatile功能）。

特点

保证原子性：通过地城JVM实现，同一时间只有一个线程运行锁定代码块
保证可见性，通过内存屏障(Load&store)实现，通过monitorenter加锁，monitorexit解锁，内部共享变量每次读取都强制从主内存读取最新值，释放锁后共享变量数据变更，强制刷新会主内存
保证有序性：monitorenter加锁之后，同一时间只能被一个线程访问，即认为单线程执行，可以保证有序性，但无法禁止指令重排
无法禁止指令重排：在代码块中，相当于单线程执行，单代码块的执行顺序可以指令重排
通过Monitor管程监视器锁对象或ACC_SYNCHRONIZED修饰符实现加锁
- monitorenter指令加锁，计数器+1
- monitorexit指令释放锁，计数器-1
- 线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到主内存。
- 线程加锁时，将清空工作内存中共享变量的值，从而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值（注意，加锁与解锁是同一把锁）

实现(锁范围)

修饰普通方法，当前对象锁
修饰静态方法，类锁，所有类对象共用同一把锁
修饰实例变量，仅对指定的对象加锁

   // 只能对不可变的共享对象加锁
   private final Object demo = new Demo();

   public synchronized void addNumber(long num){ // 对当前方法加锁，等同synchronized(this){}
      demo.count += num;
   }

   public static synchronized void addNumber_1(long num){ // 对类下所有对象加锁
      demo.count += num;
   }

   public void addNumber2(long num){
      synchronized (demo){ // 仅对demo加锁
         demo.count += num;
      }
   }

原理

同步实例，使用monitor管程对象管理，monitorenter加锁和monitorexit释放锁
同步方式，使用运行时常量池中方法的 ACC_SYNCHRONIZED 标志来隐式实现的
- 静态方法还需要ACC_STATIC标志

修饰实例

    private final Demo DEMO = new Demo();
    public void test(){
        synchronized (DEMO){
            DEMO.test1(); // test1是Demo的普通方法，无需关注
        }
    }

  public void test();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=3, args_size=1
         0: aload_0
         1: getfield      #4                  // Field DEMO:Lcom/dongle/demo/jvm/lock/LockDemo$Demo;
         4: dup
         5: astore_1
         6: monitorenter
         7: aload_0
         8: getfield      #4                  // Field DEMO:Lcom/dongle/demo/jvm/lock/LockDemo$Demo;
        11: invokestatic  #5                  // Method com/dongle/demo/jvm/lock/LockDemo$Demo.access$100:(Lcom/dongle/demo/jvm/lock/LockDemo$Demo;)V
        14: aload_1
        15: monitorexit
        16: goto          24
        19: astore_2
        20: aload_1
        21: monitorexit
        22: aload_2
        23: athrow
        24: return
      Exception table:
         from    to  target type
             7    16    19   any
            19    22    19   any
      LineNumberTable:
        line 13: 0
        line 14: 7
        line 15: 14
        line 16: 24
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      25     0  this   Lcom/dongle/demo/jvm/lock/LockDemo;
      StackMapTable: number_of_entries = 2
        frame_type = 255 /* full_frame */
          offset_delta = 19
          locals = [ class com/dongle/demo/jvm/lock/LockDemo, class java/lang/Object ]
          stack = [ class java/lang/Throwable ]
        frame_type = 250 /* chop */
          offset_delta = 4

通过monitorenter加锁:6: monitorenter
通过monitorexit释放锁:15: monitorexit

修饰方法

    private final Demo DEMO = new Demo();
    public synchronized void test(){
        DEMO.test1(); // test1是Demo的普通方法，无需关注
    }

public synchronized void test();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: getfield      #4                  // Field DEMO:Lcom/dongle/demo/jvm/lock/LockDemo$Demo;
         4: invokestatic  #5                  // Method com/dongle/demo/jvm/lock/LockDemo$Demo.access$100:(Lcom/dongle/demo/jvm/lock/LockDemo$Demo;)V
         7: return
      LineNumberTable:
        line 13: 0
        line 14: 7
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       8     0  this   Lcom/dongle/demo/jvm/lock/LockDemo;