java面試-synchronized底層實現機制

一、synchronized的三種應用方式

1、修飾實例方法,鎖是當前實例對象,進入同步代碼前要獲得當前實例的鎖

/**
 * synchronized修飾實例方法,當前線程的鎖是實例對象accountingSync
 * 當一個線程正在訪問一個對象的synchronized實例方法，那么其他線程不能訪問該對象的其他synchronized方法
 * 一個對象只有一把鎖
 */
public class AccountingSync implements Runnable {

    static AccountingSync accountingSync = new AccountingSync();
    //共享資源
    static int i = 0;
    static int j = 0;

    public synchronized void increase() {
        i++;
    }

    @Override
    public void run() {
        for(int i =0;i<1000000;i++){
            synchronized (this){
                increase();
            }
        }
    }


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(accountingSync);
        Thread thread2 = new Thread(accountingSync);
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println(i);
    }
}　　

/**
 * thread1訪問實例對象obj1的synchronized方法，thread2訪問實例對象obj1的synchronized方法
 * 這樣是允許的，因為兩個實例對象鎖並不相同。
 * 此時如果兩個線程操作數據非共享，線程安全有保證，如果數據共享，線程安全無法保證
 *
 */
public class AccountingSyncBad implements Runnable {

    static int i = 0;

    public synchronized void increase() {
        i++;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            increase();
        }
    }


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        //new新實例
        Thread thread1 = new Thread(new AccountingSyncBad());
        //new新實例
        Thread thread2 = new Thread(new AccountingSyncBad());
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println(i);
    }
}　　　

2、修飾靜態方法,鎖是當前類的 class對象，進入同步代碼前要獲得當前類對象的鎖　

public class AccountingSyncClass implements Runnable{

    static int i = 0;

    /**
     * synchronized作用於靜態方法，鎖是當前class對象
     */
    public static synchronized void increase() {
        i++;
    }

    /**
     *  increase4Obj方法是實例方法，其對象鎖是當前實例對象，
     *  如果別的線程調用該方法，將不會產生互斥現象，畢竟鎖對象不同，
     *  但我們應該意識到這種情況下可能會發現線程安全問題(操作了共享靜態變量i)。
     */
    public synchronized void increase4Obj(){
        i++;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            increase();
//            increase4Obj();
        }
    }


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        //new新實例
        Thread thread1 = new Thread(new AccountingSyncClass());
        //new新實例
        Thread thread2 = new Thread(new AccountingSyncClass());
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println(i);
    }
}　　

3、修飾代碼塊

synchronized(this) 鎖是當前實例對象，
synchronized(AccountingSync.class) 鎖是class對象

二、synchronized代碼塊底層原理

synchronized代碼塊是由一對monitorenter和monitorexit指令實現的，Monitor對象是同步的基本實現單元。

現代java虛擬機對sychronized進行了優化，引入了偏斜鎖、輕量級鎖、重量級鎖

 

三、java虛擬機對Synchronized的優化

JVM優化synchronized運行的機制，當JVM檢測到不同的競爭情況時，會自動切換到適合的鎖實現

1、當沒有競爭出現時，默認會使用偏斜鎖。JVM 會利用 CAS操作，在對象頭上的Mark Word部分設置線程ID，以表示這個對象偏向於當前線程，所以並不涉及真正的互斥鎖。這樣做的假設是基於在很多應用場景中，大部分對象生命周期中最多會被一個線程鎖定，使用偏斜鎖可以降低無競爭開銷。

2、有競爭出現時，當有另外的線程試圖鎖定某個已經被偏斜鎖鎖定的對象，jvm就會撤銷revoke偏斜鎖，並切換到輕量級鎖。輕量級鎖依賴CAS操作Mark Word來試圖獲取鎖，如果成功，就使用輕量級鎖，否則繼續升級未重量級鎖

PS:鎖降級也是存在的，當JVM進入SafePoint安全點的時候，會檢查是否有閑置的Monitor，然后試圖進行降級。