怎樣深入理解Java多線程與并發框中的synchronized 關鍵字

怎樣深入理解Java多線程與并發框中的synchronized 關鍵字，相信很多沒有經驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

一、Class文件與對象

對象頭 32位JVM的對象頭

二、synchronized 三種應用方式

用于實例對象方法（對象是鎖） 用于靜態方法（類是鎖） 用于同步代碼塊（同步代碼塊是鎖）

三、synchronized 底層語義原理

鎖：就在對象頭中

Java 虛擬機中的同步(Synchronization)基于 進入enter 和 退出exit 監視器(Monitor)對象 實現， 無論是顯式同步(有明確的 monitorenter 和 monitorexit 指令,即同步代碼塊)還是隱式同步都是如此。在 Java 語言中，同步用的最多的地方可能是被 synchronized 修飾的同步方法。同步方法 并不是由 monitorenter 和 monitorexit 指令來實現同步的，而是由方法調用指令讀取運行時常量池中方法的 ACC_SYNCHRONIZED 標志來隱式實現的，關于這點，稍后詳細分析。下面先來了解一個概念Java對象頭，這對深入理解synchronized實現原理非常關鍵。

1. 對象加鎖： 使用 monitorenter 和 monitorexit 指令分別獲取控制權和釋放控制權。

2. 方法加鎖：

方法級的同步是隱式，即無需通過字節碼指令來控制的，它實現在方法調用和返回操作之中。JVM可以從方法常量池中的方法表結構(method_info Structure) 中的 ACC_SYNCHRONIZED 訪問標志區分一個方法是否同步方法。當方法調用時，調用指令將會檢查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 訪問標志是否被設置，如果設置了，執行線程將先持有monitor（虛擬機規范中用的是監視器一詞）， 然后再執行方法，最后再方法完成(無論是正常完成還是非正常完成)時釋放monitor。在方法執行期間，執行線程持有了monitor，其他任何線程都無法再獲得同一個monitor。如果一個同步方法執行期間拋 出了異常，并且在方法內部無法處理此異常，那這個同步方法所持有的monitor將在異常拋到同步方法之外時自動釋放。

四、JVM對synchronized的優化

背景：Java 6之后，為了減少獲得鎖和釋放鎖所帶來的性能消耗，引入了 偏向鎖 和 輕量級鎖。 鎖的狀態：無鎖狀態、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖。 鎖從 偏向鎖 -> 輕量級鎖 -> 重量級鎖 的鎖升級是單向的、不可逆的，沒有 鎖降級 這一說。

1. 偏向鎖

因此為了減少同一線程獲取鎖(會涉及到一些CAS操作,耗時)的代價而引入偏向鎖。偏向鎖的核心思想是，如果一個線程獲得了鎖，那么鎖就進入偏向模式，此時Mark Word 的結構也變為偏向鎖結構，當這個線程再次請求鎖時，無需再做任何同步操作，即獲取鎖的過程，這樣就省去了大量有關鎖申請的操作，從而也就提供程序的性能。

2. 輕量級鎖

輕量級鎖所適應的場景是 線程交替執行同步塊 的場合，如果存在 同一時刻訪問同一鎖 的場合，就會導致輕量級鎖膨脹為重量級鎖。

3. 自旋鎖

自旋鎖是樂觀的一種表現，樂觀的認為很大概率是能夠獲得鎖的。（根據阿里巴巴Java開發規范：如果每次訪問沖突的概率小于 20%，推薦使用樂觀鎖，否則使用悲觀鎖。樂觀鎖的重試次數不得小于3次。）

4. 重入鎖

從互斥鎖的設計上來說，當一個線程試圖操作一個由其他線程持有的對象鎖的臨界資源時，將會處于阻塞狀態，但當一個線程再次請求自己持有對象鎖的臨界區的資源時，這種情況屬于 *重入鎖，請求將會成功，在java中synchronized是基于原子性的內部鎖機制，是可重入的，因此在一個線程調用synchronized方法的同時在其方法體內部調用該對象另一個synchronized方法，也就是說一個線程得到一個對象鎖后再次請求該對象鎖，是允許的，這就是synchronized的可重入性。

5. 鎖消除

消除鎖是虛擬機另外一種鎖的優化，這種優化更徹底，Java虛擬機在JIT編譯時(可以簡單理解為當某段代碼即將第一次被執行時進行編譯，又稱即時編譯)，通過對運行上下文的掃描，去除不可能存在共享資源競爭的鎖，通過這種方式消除沒有必要的鎖，可以節省毫無意義的請求鎖時間，如下StringBuffer的append是一個同步方法，但是在add方法中的StringBuffer屬于一個局部變量，并且不會被其他線程所使用，因此StringBuffer不可能存在共享資源競爭的情景，JVM會自動將其鎖消除。

五、synchronized關鍵點

中斷與synchronized： 事實上線程的中斷操作對于正在等待獲取的鎖對象的synchronized方法或者代碼塊并不起作用，也就是對于synchronized來說，如果一個線程在等待鎖，那么結果只有兩種，要么它獲得這把鎖繼續執行，要么它就保存等待，即使調用中斷線程的方法，也不會生效。

看完上述內容，你們掌握怎樣深入理解Java多線程與并發框中的synchronized 關鍵字的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀！