java多线程-Synchronized关键字详解

Synchronized关键字

  • 开篇
  • 定义
  • 作用
  • 应用场景
  • 原理
    • 具体使用
  • 使用方式
    • 特别注意
  • 其他控制并发 / 线程同步方式
    • Lock、ReentrantLock
    • 简介
    • 区别
  • Compare And Swap(CAS)
    • 定义:
    • 原理
    • 优点
    • 典型应用:AtomicInteger

开篇

Java中,有一个常被忽略 但 非常重要的关键字Synchronized
今天,我将详细讲解 Java关键字Synchronized的所有知识,希望你们会喜欢

定义

Java中的1个关键字

作用

保证同一时刻最多只有1个线程执行 被Synchronized修饰的方法 / 代码

其他线程 必须等待当前线程执行完该方法 / 代码块后才能执行该方法 / 代码块

应用场景

保证线程安全,解决多线程中的并发同步问题(实现的是阻塞型并发),具体场景如下:

  • 修饰 实例方法 / 代码块时,(同步)保护的是同一个对象方法的调用 & 当前实例对象
  • 修饰 静态方法 / 代码块时,(同步)保护的是 静态方法的调用 & class 类对象

原理

  • 依赖 JVM 实现同步
  • 底层通过一个监视器对象(monitor)完成, wait()、notify() 等方法也依赖于 monitor 对象

监视器锁(monitor)的本质 依赖于 底层操作系统的互斥锁(Mutex Lock)实现

具体使用

Synchronized 用于 修饰 代码块、类的实例方法 & 静态方法

java多线程-Synchronized关键字详解_第1张图片

锁的类型 & 等级
由于Synchronized 会修饰 代码块、类的实例方法 & 静态方法,故分为不同锁的类型
具体如下:
java多线程-Synchronized关键字详解_第2张图片

之间的区别
java多线程-Synchronized关键字详解_第3张图片

使用方式

public class Test {
    // 对象锁:形式1(方法锁)
    public synchronized void Method1() {
        System.out.println("我是对象锁也是方法锁");
    }

    // 对象锁:形式2(代码块形式)
    public void Method2() {
        synchronized (this) {
            System.out.println("我是对象锁");
        }
    }

    // 类锁:形式1 :锁静态方法
    public static synchronized void Method3() {
        System.out.println("我是类锁一号");
    }

    // 类锁:形式2 :锁静态代码块
    public void Method4() {
        synchronized (Test.class) {
            System.out.println("我是类锁二号");
        }
    }
}

特别注意

Synchronized修饰方法时存在缺陷:若修饰1个大的方法,将会大大影响效率
示例

  • 若使用Synchronized关键字修饰 线程类的run(),由于run()在线程的整个生命期内一直在运行,因此将导致它对本类任何Synchronized方法的调用都永远不会成功
  • 解决方案
    使用 Synchronized关键字声明代码块

该解决方案灵活性高:可针对任意代码块 & 任意指定上锁的对象

java多线程-Synchronized关键字详解_第4张图片

注:原子性、可见性、有序性的定义

java多线程-Synchronized关键字详解_第5张图片

其他控制并发 / 线程同步方式

Lock、ReentrantLock

简介

java多线程-Synchronized关键字详解_第6张图片

区别

java多线程-Synchronized关键字详解_第7张图片

Compare And Swap(CAS)

定义:

Compare And Swap,即 比较 并 交换,是一种解决并发操作的乐观锁

synchronized锁住的代码块:同一时刻只能由一个线程访问,属于悲观锁

原理

CAS的操作参数
内存位置(A)
预期原值(B)
预期新值(C)

使用CAS解决并发的原理:

  1. 首先比较A、B,若相等,则更新A中的值为C、返回True;若不相等,则返回false;
  2. 通过死循环,以不断尝试尝试更新的方式实现并发

// 伪代码如下


public boolean compareAndSwap(long memoryA, int oldB, int newC){
    if(memoryA.get() == oldB){
        memoryA.set(newC);
        return true;
    }
    return false;
}

优点

资源耗费少:相对于synchronized,省去了挂起线程、恢复线程的开销

但,若迟迟得不到更新,死循环对CPU资源也是一种浪费

###具体实现方式

  • 使用CAS有个“先检查后执行”的操作
  • 而这种操作在Java中是典型的不安全的操作,所以 CAS在实际中是由C++通过调用CPU指令实现的
  • 具体过程:
  1. CAS在Java中的体现为Unsafe类
  2. Unsafe类会通过C++直接获取到属性的内存地址
  3. 接下来CAS由C++的Atomic::cmpxchg系列方法实现

典型应用:AtomicInteger

对 i++ 与 i–,通过compareAndSet & 一个死循环实现
而compareAndSet函数内部 = 通过jni操作CAS指令。直到CAS操作成功跳出循环

private volatile int value;

   /**
    * Gets the current value.
    *
    * @return the current value
    */
   public final int get() {
       return value;
   }

   /**
    * Atomically increments by one the current value.
    *
    * @return the previous value
    */
   public final int getAndIncrement() {
       for (; ; ) {
           int current = get();
           int next = current + 1;
           if (compareAndSet(current, next))
               return current;
       }
   }

   /**
    * Atomically decrements by one the current value.
    *
    * @return the previous value
    */
   public final int getAndDecrement() {
       for (; ; ) {
           int current = get();
           int next = current - 1;
           if (compareAndSet(current, next))
               return current;
       }
   }

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