Java中synchronize底層的實(shí)現(xiàn)原理-創(chuàng)新互聯(lián)

這篇文章給大家分享的是有關(guān)Java中synchronize底層的實(shí)現(xiàn)原理的內(nèi)容。小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，一起跟隨小編過來看看吧。

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首先來說下synchronize和Lock的區(qū)別：

兩者都是鎖，用來控制并發(fā)沖突，區(qū)別在于Lock是個(gè)接口，提供的功能更加豐富，除了這個(gè)外，他們還有如下區(qū)別：

  • synchronize自動(dòng)釋放鎖，而Lock必須手動(dòng)釋放，并且代碼中出現(xiàn)異常會(huì)導(dǎo)致unlock代碼不執(zhí)行，所以Lock一般在Finally中釋放，而synchronize釋放鎖是由JVM自動(dòng)執(zhí)行的。

  • Lock有共享鎖的概念，所以可以設(shè)置讀寫鎖提高效率，synchronize不能。（兩者都可重入）

  • Lock可以讓線程在獲取鎖的過程中響應(yīng)中斷，而synchronize不會(huì)，線程會(huì)一直等待下去。lock.lockInterruptibly()方法會(huì)優(yōu)先響應(yīng)中斷，而不是像lock一樣優(yōu)先去獲取鎖。

  • Lock鎖的是代碼塊，synchronize還能鎖方法和類。

  • Lock可以知道線程有沒有拿到鎖，而synchronize不能

Lock鎖對(duì)應(yīng)有源碼的，可以查看下代碼，那么synchronize在JVM層面是怎么實(shí)現(xiàn)的呢,我們看下字節(jié)碼文件：

先用javac Test.class 編譯出class文件再用javap –c Test.class查看字節(jié)碼文件

我們寫個(gè)DEMO看下，JVM底層是怎么實(shí)現(xiàn)synchronized的：、

public class Test4 {

  private static Object LOCK = new Object();
  
  public static int main(String[] args) {
    synchronized (LOCK){
      System.out.println("Hello World");
    }
    return 1;
  }
}

在看下上面代碼對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼

Java中synchronize底層的實(shí)現(xiàn)原理

也就是說，鎖是通過monitorenter和monitorexit來實(shí)現(xiàn)的，這兩個(gè)字節(jié)碼代表的是啥意思：

可以在下面參考的網(wǎng)頁中了解monitorenter和monitorexit的作用，我就不盜用他們的話了，大致意思是，每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)monitor監(jiān)視器，調(diào)用monitorenter就是嘗試獲取這個(gè)對(duì)象，成功獲取到了就將值+1，離開就將值減1。如果是線程重入，在將值+1，說明monitor對(duì)象是支持可重入的。

我之前分析過一篇ReenternLock，概念都是類似的，只是鎖是自身維護(hù)了一個(gè)volatile int類型的變量，通過對(duì)它加一減一表示占有鎖啊重入之類的概念。

注意，如果synchronize在方法上，那就沒有上面兩個(gè)指令，取而代之的是有一個(gè)ACC_SYNCHRONIZED修飾，表示方法加鎖了。它會(huì)在常量池中增加這個(gè)一個(gè)標(biāo)識(shí)符，獲取它的monitor，所以本質(zhì)上是一樣的。

HotSpot中鎖的具體實(shí)現(xiàn)以及對(duì)它的優(yōu)化：

重量級(jí)鎖：

最基礎(chǔ)的實(shí)現(xiàn)方式，JVM會(huì)阻塞未獲取到鎖的線程，在鎖被釋放的時(shí)候喚醒這些線程。阻塞和喚醒操作是依賴操作系統(tǒng)來完成的,所以需要從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)，開銷很大。并且monitor調(diào)用的是操作系統(tǒng)底層的互斥量(mutex),本身也有用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的切換，所以JVM引入了自旋的概念，減少上面說的線程切換的成本。

自旋鎖：

如果鎖被其他線程占用的時(shí)間很短，那么其他獲取鎖的線程只要稍微等一下就好了，沒必要進(jìn)行用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間的切換，等的狀態(tài)就叫自旋。例如如下代碼：

public class SpinLock {
  private AtomicReference<Thread> cas = new AtomicReference<Thread>();
  public void lock() {
    Thread current = Thread.currentThread();
    // 利用CAS，獲取值不對(duì)則無限循環(huán)
    while (!cas.compareAndSet(null, current)) {
      // DO nothing
    }
  }
  public void unlock() {
    Thread current = Thread.currentThread();
    cas.compareAndSet(current, null);
  }
}

自旋會(huì)跑一些無用的CPU指令，所以會(huì)浪費(fèi)處理器時(shí)間，如果鎖被其他線程占用的時(shí)間段的話確實(shí)是合適的…如果長的話就不如使用直接阻塞了，那么JVM怎么知道鎖被占用的時(shí)間到底是長還是短呢？

因?yàn)镴VM不知道鎖被占用的時(shí)間長短，所以使用的是自適應(yīng)自旋。就是線程空循環(huán)的次數(shù)時(shí)會(huì)動(dòng)態(tài)調(diào)整的。

可以看出，自旋會(huì)導(dǎo)致不公平鎖，不一定等待時(shí)間最長的線程會(huì)最先獲取鎖。

輕量級(jí)鎖：

JDK1.6之后加入，它的目的并不是為了替換前面的重量級(jí)鎖，而是在實(shí)際沒有鎖競(jìng)爭(zhēng)的情況下，將申請(qǐng)互斥量這步也省掉。鎖實(shí)現(xiàn)的核心在與對(duì)象頭(MarkWord)的結(jié)構(gòu),對(duì)象自身會(huì)有信息表示所有被鎖住并且鎖是什么類型，如下所示：

Java中synchronize底層的實(shí)現(xiàn)原理

如果代碼進(jìn)入同步塊時(shí)，檢測(cè)到對(duì)象未鎖定，即標(biāo)志位為01。那么當(dāng)前線程就會(huì)在自身?xiàng)薪ㄗh一個(gè)區(qū)域保存對(duì)象的MarkWord信息，再使用CAS的方式讓這個(gè)區(qū)域指向?qū)ο蟮腗arkWork區(qū)域，這樣就算加上鎖了。(這樣就沒有獲取系統(tǒng)mutex變量，只是改了個(gè)值，但是如果有競(jìng)爭(zhēng)的話，就要升級(jí)成重量級(jí)鎖，這樣反倒變慢了)

加鎖前VS 加鎖后：

Java中synchronize底層的實(shí)現(xiàn)原理

偏向鎖：

比輕量級(jí)鎖更絕，將同步操作全部省略…設(shè)置步驟是和前面的輕量級(jí)鎖一樣的，不同的是標(biāo)志位設(shè)置的是01，即偏向模式。

不同的是同一個(gè)線程第二次進(jìn)來之后，虛擬機(jī)不會(huì)再進(jìn)行任何的同步操作，比如Mark Word的update。

如果有其他線程來，偏向模式就結(jié)束了，標(biāo)志位會(huì)恢復(fù)到未鎖定或者偏向鎖。所以如果鎖總是會(huì)被多個(gè)線程訪問的話，還是禁止掉偏向鎖優(yōu)化比較好。

鎖優(yōu)化流程如下：(出自周志明老師的那本講解JVM的書)

Java中synchronize底層的實(shí)現(xiàn)原理

可以看出，鎖是一個(gè)逐步升級(jí)的過程，不會(huì)一開始上來就重量級(jí)鎖。鎖一般只會(huì)升級(jí)不會(huì)降級(jí)，避免降級(jí)之后沖突導(dǎo)致效率不行并且又得升級(jí)。但是降級(jí)其實(shí)是允許的(STW的時(shí)候)，可以看下參考中文章里面提到的英文網(wǎng)站。

其他的優(yōu)化還有鎖消除以及鎖粗化：

如果一段代碼其實(shí)在作用域可以不加鎖的，Javac編譯器會(huì)自動(dòng)優(yōu)化。

鎖粗化是指代碼在一段代碼中多次加鎖，會(huì)被JVM優(yōu)化成對(duì)整個(gè)代碼段加鎖。

Java有哪些集合類

Java中的集合主要分為四類：1、List列表：有序的，可重復(fù)的；2、Queue隊(duì)列：有序，可重復(fù)的；3、Set集合：不可重復(fù)；4、Map映射：無序，鍵唯一，值不唯一。

感謝各位的閱讀！關(guān)于“Java中synchronize底層的實(shí)現(xiàn)原理”這篇文章就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，讓大家可以學(xué)到更多知識(shí)，如果覺得文章不錯(cuò)，可以把它分享出去讓更多的人看到吧！

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當(dāng)前標(biāo)題：Java中synchronize底層的實(shí)現(xiàn)原理-創(chuàng)新互聯(lián)
本文URL：http://muchs.cn/article22/ioicc.html

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