Java synchronize底层实现原理及优化

首先来说下synchronize和Lock的区别:

两者都是,用来控制并发冲突,区别在于Lock是个接口,提供的功能更加丰富,除了这个外,他们还有如下区别:

  • synchronize自动释放锁,而Lock必须手动释放,并且代码中出现异常会导致unlock代码不执行,所以Lock一般在Finally中释放,而synchronize释放锁是由JVM自动执行的。
  • Lock有共享锁的概念,所以可以设置读写锁提高效率,synchronize不能。(两者都可重入)
  • Lock可以让线程在获取锁的过程中响应中断,而synchronize不会,线程会一直等待下去。lock.lockInterruptibly()方法会优先响应中断,而不是像lock一样优先去获取锁。
  • Lock锁的是代码块,synchronize还能锁方法和类。
  • Lock可以知道线程有没有拿到锁,而synchronize不能

Lock锁对应有源码的,可以查看下代码,那么synchronize在JVM层面是怎么实现的呢,我们看下字节码文件:

先用javac Test.class 编译出class文件再用javap –c Test.class查看字节码文件

我们写个DEMO看下,JVM底层是怎么实现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;
  }
}

在看下上面代码对应的字节码

也就是说,锁是通过monitorenter和monitorexit来实现的,这两个字节码代表的是啥意思:

可以在下面参考的网页中了解monitorenter和monitorexit的作用,我就不盗用他们的话了,大致意思是,每个对象都有一个monitor监视器,调用monitorenter就是尝试获取这个对象,成功获取到了就将值+1,离开就将值减1。如果是线程重入,在将值+1,说明monitor对象是支持可重入的。

我之前分析过一篇ReenternLock,概念都是类似的,只是锁是自身维护了一个volatile int类型的变量,通过对它加一减一表示占有锁啊重入之类的概念。

注意,如果synchronize在方法上,那就没有上面两个指令,取而代之的是有一个ACC_SYNCHRONIZED修饰,表示方法加锁了。它会在常量池中增加这个一个标识符,获取它的monitor,所以本质上是一样的。

HotSpot中锁的具体实现以及对它的优化:

重量级锁:

最基础的实现方式,JVM会阻塞未获取到锁的线程,在锁被释放的时候唤醒这些线程。阻塞和唤醒操作是依赖操作系统来完成的,所以需要从用户态切换到内核态,开销很大。并且monitor调用的是操作系统底层的互斥量(mutex),本身也有用户态和内核态的切换,所以JVM引入了自旋的概念,减少上面说的线程切换的成本。

自旋锁:

如果锁被其他线程占用的时间很短,那么其他获取锁的线程只要稍微等一下就好了,没必要进行用户态和内核态之间的切换,等的状态就叫自旋。例如如下代码:

public class SpinLock {
  private AtomicReference<Thread> cas = new AtomicReference<Thread>();
  public void lock() {
    Thread current = Thread.currentThread();
    // 利用CAS,获取值不对则无限循环
    while (!cas.compareAndSet(null, current)) {
      // DO nothing
    }
  }
  public void unlock() {
    Thread current = Thread.currentThread();
    cas.compareAndSet(current, null);
  }
}

自旋会跑一些无用的CPU指令,所以会浪费处理器时间,如果锁被其他线程占用的时间段的话确实是合适的…如果长的话就不如使用直接阻塞了,那么JVM怎么知道锁被占用的时间到底是长还是短呢?

因为JVM不知道锁被占用的时间长短,所以使用的是自适应自旋。就是线程空循环的次数时会动态调整的。

可以看出,自旋会导致不公平锁,不一定等待时间最长的线程会最先获取锁。

轻量级锁:

JDK1.6之后加入,它的目的并不是为了替换前面的重量级锁,而是在实际没有锁竞争的情况下,将申请互斥量这步也省掉。锁实现的核心在与对象头(MarkWord)的结构,对象自身会有信息表示所有被锁住并且锁是什么类型,如下所示:

如果代码进入同步块时,检测到对象未锁定,即标志位为01。那么当前线程就会在自身栈帧中建议一个区域保存对象的MarkWord信息,再使用CAS的方式让这个区域指向对象的MarkWork区域,这样就算加上锁了。(这样就没有获取系统mutex变量,只是改了个值,但是如果有竞争的话,就要升级成重量级锁,这样反倒变慢了)

加锁前VS 加锁后:

偏向锁:

比轻量级锁更绝,将同步操作全部省略…设置步骤是和前面的轻量级锁一样的,不同的是标志位设置的是01,即偏向模式。

不同的是同一个线程第二次进来之后,虚拟机不会再进行任何的同步操作,比如Mark Word的update

如果有其他线程来,偏向模式就结束了,标志位会恢复到未锁定或者偏向锁。所以如果锁总是会被多个线程访问的话,还是禁止掉偏向锁优化比较好。

锁优化流程如下:(出自周志明老师的那本讲解JVM的书)

可以看出,锁是一个逐步升级的过程,不会一开始上来就重量级锁。锁一般只会升级不会降级,避免降级之后冲突导致效率不行并且又得升级。但是降级其实是允许的(STW的时候),可以看下参考中文章里面提到的英文网站

其他的优化还有锁消除以及锁粗化:

如果一段代码其实在作用域可以不加锁的,Javac编译器会自动优化。

锁粗化是指代码在一段代码中多次加锁,会被JVM优化成对整个代码段加锁。

(但是这两点是JVM对代码的优化,而不是对synchronized优化了,这里只是顺带提一下)

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持我们。

时间:2020-03-18

java synchronized实现可见性过程解析

JMM关于synchronized的两条规定: 1)线程解锁前,必须把共享变量的最新值刷新到主内存中 2)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获取最新的值 (注意:加锁与解锁需要是同一把锁) 通过以上两点,可以看到synchronized能够实现可见性.同时,由于synchronized具有同步锁,所以它也具有原子性 多线程中程序交错执行时,重排序可能会造成内存可见性问题 接下来我们看一段代码: /** * synchronized能够实现原子性(同步)

Java多线程synchronized同步方法详解

1.synchronized 方法与锁对象 线程锁的是对象. 1)A线程先持有 object 对象的 Lock 锁, B线程可以以异步的方式调用 object 对象中的非 synchronized 类型的方法 2)A线程先持有 object 对象的 Lock 锁, B线程如果在这时调用 object 对象中的 synchronized 类型的方法,则需要等待,也就是同步. 2.脏读(DirtyRead) 示例: public class DirtyReadTest { public static

Java并发 synchronized锁住的内容解析

synchronized用在方法上锁住的是什么? 锁住的是当前对象的当前方法,会使得其他线程访问该对象的synchronized方法或者代码块阻塞,但并不会阻塞非synchronized方法. 脏读 一个常见的概念.在多线程中,难免会出现在多个线程中对同一个对象的实例变量或者全局静态变量进行并发访问的情况,如果不做正确的同步处理,那么产生的后果就是"脏读",也就是取到的数据其实是被更改过的.注意这里 局部变量是不存在脏读的情况 public class ThreadDomain13 {

浅析java并发中的Synchronized关键词

如果在多线程的环境中,我们经常会遇到资源竞争的情况,比如多个线程要去同时修改同一个共享变量,这时候,就需要对资源的访问方法进行一定的处理,保证同一时间只有一个线程访问. java提供了synchronized关键字,方便我们实现上述操作. 为什么要同步 我们举个例子,我们创建一个类,提供了一个setSum的方法: public class SynchronizedMethods { private int sum = 0; public void calculate() { setSum(get

Java synchronized关键字使用方式及特性解析

这篇文章主要介绍了Java synchronized关键字使用方式及特性解析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 synchronized 关键字是实现锁的一种方式,是在jvm层面实现的非公平锁,以下是使用synchronized的四种方式 synchronized 特性: 1.非公平锁 2.可重入性 1.作用在方法上,保证了访问同一个对象的同一个方法的线程同步 public synchronized void testFun(Str

Java synchronized关键字和Lock接口实现原理

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简单了解Java synchronized关键字同步

synchronized synchronized可以用来同步块,同步方法.同步块可以用来更精确地控制对象锁,控制锁的作用域.(锁的作用域就是从锁的获得到锁的释放的时间,而且可以选择获取哪个对象的锁).但是在使用同步块机制时,过多的使用锁也会引发死锁问题,同时获取和释放也有代价. 而同步方法,它所拥有的就是该类的对象,换句话说,就是this对象,而且锁的作用域是整个方法,这可能导致锁的作用域太大,有可能导致死锁问题.同时也可能包括了不需要同步的代码块在内,也会降低程序的运行效率. 不管是同步方法

java多线程编程之使用Synchronized关键字同步类方法

复制代码 代码如下: public synchronized void run(){     } 从上面的代码可以看出,只要在void和public之间加上synchronized关键字,就可以使run方法同步,也就是说,对于同一个Java类的对象实例,run方法同时只能被一个线程调用,并当前的run执行完后,才能被其他的线程调用.即使当前线程执行到了run方法中的yield方法,也只是暂停了一下.由于其他线程无法执行run方法,因此,最终还是会由当前的线程来继续执行.先看看下面的代码:sych

java synchronized关键字的用法

0.先导的问题代码 下面的代码演示了一个计数器,两个线程同时对i进行累加的操作,各执行1000000次.我们期望的结果肯定是i=2000000.但是我们多次执行以后,会发现i的值永远小于2000000.这是因为,两个线程同时对i进行写入的时候,其中一个线程的结果会覆盖另外一个. public class AccountingSync implements Runnable { static int i = 0; public void increase() { i++; } @Override

java多线程编程之Synchronized关键字详解

本文介绍JAVA多线程中的synchronized关键字作为对象锁的一些知识点. 所谓对象锁,就是就是synchronized 给某个对象 加锁.关于 对象锁 可参考:这篇文章  一.分析 synchronized可以修饰实例方法,如下形式: public class MyObject { synchronized public void methodA() { //do something…. } 这里,synchronized 关键字锁住的是当前对象.这也是称为对象锁的原因. 为啥锁住当

详解java中的synchronized关键字

Java语言的关键字,当它用来修饰一个方法或者一个代码块的时候,能够保证在同一时刻最多只有一个线程执行该段代码. 一.当两个并发线程访问同一个对象object中的这个synchronized(this)同步代码块时,一个时间内只能有一个线程得到执行.另一个线程必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块. 二.然而,当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,另一个线程仍然可以访问该object中的非synchronized(this)同步代码块.

Java中使用synchronized关键字实现简单同步操作示例

简单记录下java中synchronized关键字的使用方法. 在介绍之前需要明确下java中的每一个类的对象实例都有且只有一个锁(lock)和之相关联,synchronized关键字只作用于该锁,即可以认为synchronized只对java类的对象实例起作用. synchronized修饰函数 复制代码 代码如下: public synchronized aMethod(){ } 这就是最常用的情景,那么这个同步方法的用途是啥,为了方便就记作aMethod方法. 1.synchronized

Java中synchronized关键字修饰方法同步的用法详解

Java的最基本的同步方式,即使用synchronized关键字来控制一个方法的并发访问. 每一个用synchronized关键字声明的方法都是临界区.在Java中,同一个对象的临界区,在同一时间只有一个允许被访问. 静态方法则有不同的行为.用synchronized关键字声明的静态方法,同时只能够被一个执行线程访问,但是其他线程可以访问这个对象的非静态的synchronized方法.必须非常谨慎这一点,因为两个线程可以同时访问一个对象的两个不同的synchronized方法,即其中一个是静态s

详解Java中synchronized关键字的死锁和内存占用问题

Java synchronize底层实现原理及优化

先看一段synchronized 的详解: synchronized 是 java语言的关键字,当它用来修饰一个方法或者一个代码块的时候,能够保证在同一时刻最多只有一个线程执行该段代码. 一.当两个并发线程访问同一个对象object中的这个synchronized(this)同步代码块时,一个时间内只能有一个线程得到执行.另一个线程必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块. 二.然而,当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,另一个线程仍然可以

java多线程编程之使用Synchronized块同步变量

下面的代码演示了如何同步特定的类方法: 复制代码 代码如下: package mythread; public class SyncThread extends Thread{ private static String sync = ""; private String methodType = ""; private static void method(String s) {  synchronized (sync)  {sync = s;System.out

深入理解java中的synchronized关键字

synchronized 关键字,代表这个方法加锁,相当于不管哪一个线程A每次运行到这个方法时,都要检查有没有其它正在用这个方法的线程B(或者C D等),有的话要等正在使用这个方法的线程B(或者C D)运行完这个方法后再运行此线程A,没有的话,直接运行它包括两种用法:synchronized 方法和 synchronized 块. 1. synchronized 方法:通过在方法声明中加入 synchronized关键字来声明 synchronized 方法.如: 复制代码 代码如下: publ

实例解析Java中的synchronized关键字与线程安全问题

首先来回顾一下synchronized的基本使用: synchronized代码块,被修饰的代码成为同步语句块,其作用的范围是调用这个代码块的对象,我们在用synchronized关键字的时候,能缩小代码段的范围就尽量缩小,能在代码段上加同步就不要再整个方法上加同步.这叫减小锁的粒度,使代码更大程度的并发. synchronized方法,被修饰的方法成为同步方法,其作用范围是整个方法,作用对象是调用这个方法的对象. synchronized静态方法,修饰一个static静态方法,其作用范围是整个

原文 

https://www.zhangshengrong.com/p/x7XRMD0JNz/

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