Java中Synchronized鎖的使用和原理詳解
Synchronized 鎖的使用和原理
Synchronized是java的一個(gè)關(guān)鍵字,加鎖方式有: 對(duì)象鎖、類鎖
其用法有:
- 普通同步方法,鎖是當(dāng)前實(shí)例對(duì)象
- 靜態(tài)同步方法,鎖是當(dāng)前類的class對(duì)象
- 同步方法塊,鎖是括號(hào)里面的對(duì)象
Synchronized的使用
對(duì)象鎖
方法鎖: 默認(rèn)所對(duì)象為this,當(dāng)前實(shí)例對(duì)象
public class SynchronizedMethodLock implements Runnable{
static SynchronizedMethodLock instence = new SynchronizedMethodLock();
@Override
public void run() {
method();
}
public synchronized void method() {
System.out.println("我是線程" + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結(jié)束");
}
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(instence);
Thread thread2 = new Thread(instence);
thread1.start();
thread2.start();
}
}同步代碼塊鎖: 手動(dòng)指定鎖定對(duì)象(this或者自定義鎖)
- this
public class SynchronizedThisLock implements Runnable{
static SynchronizedThisLock instence = new SynchronizedThisLock();
@Override
public void run() {
// 同步代碼塊形式——鎖為this,兩個(gè)線程使用的鎖是一樣的,線程1必須要等到線程0釋放了該鎖后,才能執(zhí)行
synchronized (this) {
System.out.println("我是線程" + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結(jié)束");
}
}
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(instence);
Thread t2 = new Thread(instence);
t1.start();
t2.start();
}
}- 自定義對(duì)象
public class SynchronizedObjectLock implements Runnable{
static SynchronizedObjectLock instence = new SynchronizedObjectLock();
// 創(chuàng)建2把鎖
Object block1 = new Object();
Object block2 = new Object();
@Override
public void run() {
// 這個(gè)代碼塊使用的是第一把鎖,當(dāng)他釋放后,后面的代碼塊由于使用的是第二把鎖,因此可以馬上執(zhí)行
synchronized (block1) {
System.out.println("block1鎖,我是線程" + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("block1鎖,"+Thread.currentThread().getName() + "結(jié)束");
}
synchronized (block2) {
System.out.println("block2鎖,我是線程" + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("block2鎖,"+Thread.currentThread().getName() + "結(jié)束");
}
}
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(instence);
Thread t2 = new Thread(instence);
t1.start();
t2.start();
}
}類鎖
synchronized修飾靜態(tài)方法或指定鎖對(duì)象為Class對(duì)象
public class SynchronizedClassLock implements Runnable{
static SynchronizedObjectLock instence1 = new SynchronizedObjectLock();
static SynchronizedObjectLock instence2 = new SynchronizedObjectLock();
@Override
public void run() {
// 所有線程需要的鎖都是同一把
synchronized(SynchronizedClassLock.class){
System.out.println("我是線程" + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結(jié)束");
}
}
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(instence1);
Thread t2 = new Thread(instence2);
t1.start();
t2.start();
}
}public class SynchronizedStaticMethodLock implements Runnable{
static SynchronizedStaticMethodLock instence1 = new SynchronizedStaticMethodLock();
static SynchronizedStaticMethodLock instence2 = new SynchronizedStaticMethodLock();
@Override
public void run() {
method();
}
public static synchronized void method() {
// 所有線程需要的鎖都是同一把
System.out.println("我是線程" + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結(jié)束");
}
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(instence1);
Thread t2 = new Thread(instence2);
t1.start();
t2.start();
}
}synchronized原理
synchronized枷鎖和釋放鎖是基于monitorenter和monitorexit指令實(shí)現(xiàn)的
Monitorenter和Monitorexit指令,會(huì)讓對(duì)象在執(zhí)行,使其鎖計(jì)數(shù)器加1或者減1。每一個(gè)對(duì)象在同一時(shí)間只與一個(gè)monitor(鎖)相關(guān)聯(lián),而一個(gè)monitor在同一時(shí)間只能被一個(gè)線程獲得,一個(gè)對(duì)象在嘗試獲得與這個(gè)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的Monitor鎖的所有權(quán)的時(shí)候,
monitorenter指令
- monitor計(jì)數(shù)器為0,意味著目前還沒有被獲得,那這個(gè)線程就會(huì)立刻獲得然后把鎖計(jì)數(shù)器+1,一旦+1,別的線程再想獲取,就需要等待
- 如果這個(gè)monitor已經(jīng)拿到了這個(gè)鎖的所有權(quán),又重入了這把鎖,那鎖計(jì)數(shù)器就會(huì)累加,變成2,并且隨著重入的次數(shù),會(huì)一直累加
- 這把鎖已經(jīng)被別的線程獲取了,等待鎖釋放
monitorexit指令:釋放對(duì)于monitor的所有權(quán),釋放過程很簡(jiǎn)單,就是講monitor的計(jì)數(shù)器減1,如果減完以后,計(jì)數(shù)器不是0,則代表剛才是重入進(jìn)來(lái)的,當(dāng)前線程還繼續(xù)持有這把鎖的所有權(quán),如果計(jì)數(shù)器變成0,則代表當(dāng)前線程不再擁有該monitor的所有權(quán),即釋放鎖。
JVM中鎖的優(yōu)化
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)在JVM中monitorenter和monitorexit字節(jié)碼依賴于底層的操作系統(tǒng)的Mutex Lock來(lái)實(shí)現(xiàn)的,但是由于使用Mutex Lock需要將當(dāng)前線程掛起并從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)來(lái)執(zhí)行,這種切換的代價(jià)是非常昂貴的;然而在現(xiàn)實(shí)中的大部分情況下,同步方法是運(yùn)行在單線程環(huán)境(無(wú)鎖競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境)如果每次都調(diào)用Mutex Lock那么將嚴(yán)重的影響程序的性能。不過在jdk1.6中對(duì)鎖的實(shí)現(xiàn)引入了大量的優(yōu)化,如鎖粗化(Lock Coarsening)、鎖消除(Lock Elimination)、輕量級(jí)鎖(Lightweight Locking)、偏向鎖(Biased Locking)、適應(yīng)性自旋(Adaptive Spinning)等技術(shù)來(lái)減少鎖操作的開銷。
鎖粗化(Lock Coarsening):也就是減少不必要的緊連在一起的unlock,lock操作,將多個(gè)連續(xù)的鎖擴(kuò)展成一個(gè)范圍更大的鎖。鎖消除(Lock Elimination):通過運(yùn)行時(shí)JIT編譯器的逃逸分析來(lái)消除一些沒有在當(dāng)前同步塊以外被其他線程共享的數(shù)據(jù)的鎖保護(hù),通過逃逸分析也可以在線程本的Stack上進(jìn)行對(duì)象空間的分配(同時(shí)還可以減少Heap上的垃圾收集開銷)。輕量級(jí)鎖(Lightweight Locking):這種鎖實(shí)現(xiàn)的背后基于這樣一種假設(shè),即在真實(shí)的情況下我們程序中的大部分同步代碼一般都處于無(wú)鎖競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)(即單線程執(zhí)行環(huán)境),在無(wú)鎖競(jìng)爭(zhēng)的情況下完全可以避免調(diào)用操作系統(tǒng)層面的重量級(jí)互斥鎖,取而代之的是在monitorenter和monitorexit中只需要依靠一條CAS原子指令就可以完成鎖的獲取及釋放。當(dāng)存在鎖競(jìng)爭(zhēng)的情況下,執(zhí)行CAS指令失敗的線程將調(diào)用操作系統(tǒng)互斥鎖進(jìn)入到阻塞狀態(tài),當(dāng)鎖被釋放的時(shí)候被喚醒(具體處理步驟下面詳細(xì)討論)。偏向鎖(Biased Locking):是為了在無(wú)鎖競(jìng)爭(zhēng)的情況下避免在鎖獲取過程中執(zhí)行不必要的CAS原子指令,因?yàn)镃AS原子指令雖然相對(duì)于重量級(jí)鎖來(lái)說(shuō)開銷比較小但還是存在非??捎^的本地延遲。適應(yīng)性自旋(Adaptive Spinning):當(dāng)線程在獲取輕量級(jí)鎖的過程中執(zhí)行CAS操作失敗時(shí),在進(jìn)入與monitor相關(guān)聯(lián)的操作系統(tǒng)重量級(jí)鎖(mutex semaphore)前會(huì)進(jìn)入忙等待(Spinning)然后再次嘗試,當(dāng)嘗試一定的次數(shù)后如果仍然沒有成功則調(diào)用與該monitor關(guān)聯(lián)的semaphore(即互斥鎖)進(jìn)入到阻塞狀態(tài)。樂觀鎖:是一種樂觀思想,即認(rèn)為讀多寫少,遇到并發(fā)寫的可能性低,每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人不會(huì)修改,所以不會(huì)上鎖,但是在更新的時(shí)候會(huì)判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個(gè)數(shù)據(jù),采取在寫時(shí)先讀出當(dāng)前版本號(hào),然后加鎖操作(比較跟上一次的版本號(hào),如果一樣則更新),如果失敗則要重復(fù)讀-比較-寫的操作。java中的樂觀鎖基本都是通過CAS操作實(shí)現(xiàn)的,CAS是一種更新的原子操作,比較當(dāng)前值跟傳入值是否一樣,一樣則更新,否則失敗。悲觀鎖:就是悲觀思想,即認(rèn)為寫多,遇到并發(fā)寫的可能性高,每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人會(huì)修改,所以每次在讀寫數(shù)據(jù)的時(shí)候都會(huì)上鎖,這樣別人想讀寫這個(gè)數(shù)據(jù)就會(huì)block直到拿到鎖。java中的悲觀鎖就是Synchronized,AQS框架下的鎖則是先嘗試cas樂觀鎖去獲取鎖,獲取不到,才會(huì)轉(zhuǎn)換為悲觀鎖,如RetreenLock。
synchronized鎖升級(jí)過程
鎖的級(jí)別從低到高逐步升級(jí)
無(wú)鎖->偏向鎖->輕量級(jí)鎖->重量級(jí)鎖
到此這篇關(guān)于Java中Synchronized鎖的使用和原理詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java中Synchronized鎖內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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