Java 并发学习之synchronized关键字

一、前言

该篇文章是基于我的日常使用经验及看书学习的总结，文章中难免会出现疏漏或者理解不正确的地方，如果读者发现问题，可通过邮箱(hongweijin1993#gmail.com)与我联系，谢谢。

二、synchronized三个特性

1.原子性

此处的原子性说的是保证了代码块或者方法为最小执行单位，要么全部成功，要么全部失败，不存在中间状态。

2.内存可见性

谈到可见性的时候，我们应该首先清楚，在jvm中分为主存和工作内存，工作内存是当前线程私有的区域，而主存是所有线程共享的区域。

使用synchronized关键字的时候会创建一个内存屏障，内存屏障指令保证了所有CPU操作结果都直接刷新到主存中。

对于共享变量来说，每个线程的工作内存中都会存有一个副本，当a线程修改了共享变量的值之后，会先缓存到当前线程的工作内存中。当加锁之后，缓存会失效，从而保证每次修改都会刷新到主存中。同时读取共享变量也是直接从主存中读取，这样就能保证thread1修改了变量的值之后，thread2能够在读取的时候读到最新的值。

可见性中的的可见其实是对进入到同步块中的线程可见。

synchronized关键字对于非同步块中的变量也有可能做到内存可见，不过目前没有权威的说法来支持，不过有个demo可以看一看。

3.有序性

有序性是指程序按照代码的先后顺序执行，synchronized关键字无法禁止指令重排序和处理器优化(这块内容可以看看volatile的语意)。

如果在本线程内观察，所有操作都是天然有序的。如果在一个线程中观察另一个线程，所有操作都是无序的。

三、synchronized的使用

1.用法方法上

1.1 普通的实例方法

public class SynchronizedMethod{
    //对实例对象加锁，每次new对象都会生成新的实例对象
    public synchronized void println(){
        System.out.println("synchronized instance method");
    }    
}

1.2 静态方法

public class SynchronizedStaticMethod{
    //是对Class对象加锁
    public synchronized static void println2(){
        System.out.println("synchronized static method");
    }
    //SynchronizedTest.class 是Class对象，只有一个
}

1.3 有继承关系的方法(其实也就是普通的实例方法，此处仅用来说明内置锁的重入)

class Widget{
    //method2
    public synchronized void doSomething{
        System.err.println("----widget----");
    }
}
public class class LoggingWidget extends Widget{
    //method1
    public synchronized void doSomething{
        System.err.println("----logging widget----");
        super.doSomething();
    }
    
    public static void main(String[] args){
        Widget widget = new LoggingWidget();
        widget.doSomething();
    }
}

上面的代码块选自Java并发编程实战，此时执行main函数时，锁住的是LoggingWidget对象。

1.当主线程执行到method1时，获取到了LoggingWidget对象上的锁。

2.当主线程执行到method2时，再次遇到synchronized关键字，此时重入

3.当执行完method2时，退出一次

4.当执行完method1时，再退出一次

可能会产生疑问就在与上面的第二条，锁重入了。我们知道synchronized加在实例方法上的时候，锁住的是实例对象，此时线程持有了该实例对象上的锁，当再次遇到synchronized的时候，锁还是原有实例的，这个时候锁重入了。

2.用在代码块上

2.1 锁住Class对象

public class SynchronizedClass{
    public void println(){
        synchronized(SynchronizedClass.class){
            System.out.println("synchronized Class object");
        }
    }
}

2.2 锁住实例对象

public class SynchronizedInstance{
    public void println(){
        //对实例对象加锁，this换成其他对象也是同理
        synchronized(this){
            System.out.println("synchronized instance objcet");
        }
    }
}

3.总结

1.Java中每个对象都会有一个monitor，synchronized实际上是通过monitor锁住对象的

2.Class对象和实例对象的区别(实例对象是每次new出来的对象，Class对象是ClassName.class对象)

3.同一个类中两个synchronized static方法之间构成同步，因为锁住的都是Class对象

4.同一个类中synchronized static方法和synchronized方法不构成同步，因为一个锁住Class对象，一个锁住实例对象

5.谁调用加锁的实例方法，就获取谁身上的锁

6.内置锁是可以重入的。

四、synchronized的实现原理

1.当synchronized用在代码块上的时候，我们使用javap指令反编译(javap -c SynchronizedBlock)上面代码的时候会发现两个汇编指令：monitorenter、monitorexit

public class SynchronizedBlock{
    public void test(){
        synchronized(this){}
    }
}

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从上图我们可以看到反编译后的指令，这里面出现了一条monitorenter指令和两条monitorexit指令，monitorenter很好理解，通过这条指令获取到锁，然后进入代码块。那么两条monitorexit指令作何解释？

这是因为加锁时可能出现两种退出同步块的方式，一种是正常执行完退出，另一种就是同步块中出现异常，此时也会退出同步块。这两条指令第一条是用来正常退出的，第二条是编译器自己加上来用于异常退出同步块的。

2.当synchronized用在方法上的时候，反编译会看到方法上被加上ACC_SYNCHRONIZED指令，我们对如下代码使用javap -v SynchronizedMethod指令反编译

public class SynchronizedMethod{
    public synchronized void test(){}
}

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从上图的红框中我们可以看到该关键字，在不同的jvm中会做不同的实现，此处参考R大的读书笔记。

五、参考资料

1.Java并发编程实战

2.Java语言规范

3.R大的笔记

4.JavaDoop博客

5.码瘾少年博客