synchronized详解

2018-04-03 约 53 字预计阅读 1 分钟

synchronized简介

保证方法或代码块在多线程环境运行时，同一个时刻只有一个线程执行代码块。

JMM对于Synchronized的规定：

同步操作主要是monitorenter和monitorexit两个jvm指令实现。背后原理是Monitor（管程）

Monitor意译为管程，直译为监视器。所谓管程，就是管理共享变量及对共享变量操作的过程。让这个过程可以并发执行。
Java所有对象都可以做为锁，为什么？
因为每个对象都都有一个Monitor与之关联。然后线程对monitor执行lock和unlock操作，相当于对对象执行上锁和解锁操作。
Synchronized里面不可以直接使用lock和unlock方法，但当我们使用了synchronized之后，JVM会自动加入两个指令monitorenter和monitorexit，对应的就是lock和unlock操作。
当一个monitor对象被线程持有后，它将处于锁定状态。对于一个 monitor 而言，同时只能有一个线程能锁定monitor，其它线程试图获得已被锁定的 monitor时，都将被阻塞。当monitor被释放后，阻塞中的线程会尝试获得该 monitor锁。一个线程可以对一个 monitor 反复执行 lock 操作，对应的释放锁时，需要执行相同次数的 unlock 操作。

管程解决互斥问题的思路：就是将共享变量及其对共享变量的操作统一封装起来。

因为每个对象都都有一个Monitor对象与之关联。然后线程对monitor执行lock和unlock操作，相当于对对象执行上锁和解锁操作。

在JDK 1.6之前，synchronized使用传统的锁（重量级锁）实现。它依赖于操作系统（互斥量）的同步机制，涉及到用户态和内核态的切换、线程的上下文切换，性能开销较高，所以给开发者留下了synchronized关键字性能不好的印象。
如果只有一个线程运行时并没有发生资源竞争、或两个线程交替执行，使用传统锁机制无疑效率是会比较低的。
JDK1.6中为了减少这两个场景，获得锁和释放锁带来的性能消耗，同步锁进行优化引入：偏向锁和轻量级锁。
同步锁一共有四种状态，级别从低到高依次是：无锁，偏向锁，轻量级锁，重量级锁。这四种状态会随着竞争激烈情况逐渐升级。
偏向锁则是基这样一个想法：只有一个线程访问锁资源（无竞争）的话，偏向锁就会把整个同步措施都消除，并记录当前持有锁资源的线程和锁的类型。
轻量级锁是基于这样一个想法只有两个线程交替运行时，如果线程竞争锁失败了，先不立即挂起，而是让它飞一会儿（自旋），在等待过程中，可能锁就被释放了，这时该线程就可以重新尝试获取锁，同时记录持有锁资源的线程和锁的类型。

在Java中，synchronized共有4种状态，级别从低到高依次为：无状态锁，偏向锁，轻量级锁和重量级锁状态，这几个状态会随着竞争情况逐渐升级，锁可以升级但不能降级。

偏向锁：是指当一段同步代码一直被同一个线程所访问时，即不存在多个线程的竞争时，那么该线程在后续访问时便会自动获得锁，从而降低获取锁带来的消耗，即提高性能。
轻量级锁：（自旋锁）是指当锁是偏向锁的时候，却被另外的线程所访问，此时偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，线程同样不会阻塞。长时间的自旋操作是非常消耗资源的，一个线程持有锁，其他线程就只能在原地空耗CPU，执行不了任何有效的任务，这种现象叫做忙等（busy-waiting）
重量级锁：此忙等是有限度的。如果锁竞争情况严重，某个达到最大自旋次数的线程，会将轻量级锁升级为重量级锁。当后续线程尝试获取锁时，发现被占用的锁是重量级锁，则直接将自己挂起（而不是忙等），等待将来被唤醒。有个计数器记录自旋次数，默认允许循环10次，可以通过虚拟机参数更改