并发编程灵魂拷问系列之说说synchronized

synchronized
并发编程灵魂拷问系列
发布日期:   2021-01-10
更新日期:   2021-01-24
文章字数:   1.3k
阅读时长:   4 分
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并发编程灵魂拷问系列之synchronized

1.什么是synchronized，JDK1.6前后变化？

我们可以知道，并发问题一般都是因为 多个线程同时操作同一个共享数据 所造成的，解决办法就是加锁，例如 synchronized加锁

  • JDK1.6之前：synchronized使用的是操作系统的互斥锁（底层操作系统的mutex相关指令），因为需要在用户态和内核态进行切换，开销很大，导致并发激烈时性能很差
  • JDK1.6之后：进行了锁优化，比如锁升/分级、锁消除、锁粗化等，性能大幅提高，推荐使用

2.那synchronized底层原理是什么呢？

synchronized属于 非公平锁

当一个线程试图访问同步代码块时，它首先必须得到锁，退出或抛出异常时必须释放锁。

synchronized是基于Monitor来实现同步的，每一个对象都有对应着一个Monitor，如果需要加锁，则必须获取monitor的lock锁。

monitor锁是可重入锁，有一个计数器，当进入同步代码块时，执行monitorenter指令，计数器+1，退出一个同步代码块时，执行monitorexit指令，计数器-1；当发生对同一对象多次加锁时，计数器加减多次

  1. 对于同步方法，JVM采用 ACC_SYNCHRONIZED 标记符来实现同步。
  2. 对于同步代码块。JVM采用 monitorenter 、monitorexit 两个指令来实现同步。

3.什么是锁升/分级？

synchronized 一般来说都对 对象 进行加锁

这个可以从对象入手分析，对象在 堆 的存储中存有对象头，对象头中的 Mark Word 存储着对象的运行时数据，包括对象的hashcode、对象持有的锁等，当中锁从状态进行了分类：

无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。

线程获取锁，会根据锁竞争激烈程度进行锁升级来提高性能，锁可以升级但是不能降级。

总结：

  1. 偏向锁：作者认为很多情况都是一个线程多次获取锁，这种情况加锁解锁最好不需要消耗太多资源，引入了偏向锁。当一个线程获取到锁，锁进进入了偏向模式（偏向锁），下一次该线程获取锁时，不需要额外进行额外进行操作，减少消耗。所以适合没有多线程来竞争锁的场景

  2. 轻量级锁：当其他线程来竞争原本偏向线程A的偏向锁时，等线程A释放锁后，该锁的偏向锁被撤销，升级为轻量级锁（只有发生了多线程之间的锁竞争，该锁会从偏向锁升级为轻量级锁）。
    轻量级锁生效后，当线程X持有锁时，线程Y获取该对象的锁被线程X持有，则进行 自旋 （循环使用CAS来获取锁）

  3. 重量级锁：当线程Y自旋超过一定时间或者次数，锁会升级为重量级锁，防止CPU空转（自旋过久）。升级为重量级锁后，线程Y不在主动获取锁，而是线程X释放锁之后通知线程Y去获取锁，线程Y从自旋变为阻塞。

简单来说：

  • 偏向锁：在Mark Word 记录线程ID进行比对
  • 轻量级锁：通过CAS + 自旋的方式竞争
  • 重量级锁：使用monitor对象，阻塞

4.什么是锁消除？

前文可知，线程安全问题条件之一是存在共享数据，但是当 synchronized 修饰的代码块中不存在共享数据时，JDK会通过逃逸分析判断这段代码不会有线程安全问题，自动消除这个锁

例子：

private static void someMethod() {
    Object object = new Object();
    synchronized(object) {
        System.out.println(object);
    }
}

someMethod方法中的object是局部变量，当多个线程进入方法，会new一个新的object，不存在共享数据，所以会进行 锁消除

5.什么是锁粗化？

将多个加锁解锁操作连接在一起，JDK会根据优化策略将其扩展成一个范围更大的锁

例子：

// 粗化前
public void doSomethingMethod1() {
    synchronized (lock) {
        // do some thing
    }
    // 能够很快执行完毕，且无需同步的代码
    synchronized (lock) {
        // do other thing
    }
}

// 粗化后：
public void doSomethingMethod2() {
    //进行锁粗化：整合成一次锁请求、同步、释放
    synchronized (lock) {
        // do some thing
        // 能够很快执行完毕，且无需同步的代码
        // do other thing
    }
}

6.synchronized都可以修饰哪些对象？

  • 1.修饰实例方法：锁定的是this对象（类锁）
  • 2.修饰静态方法：锁定的是class对象（对象内置锁）
  • 3.修饰代码块：锁定任意指定的对象

7.synchronized有什么缺点呢

  • 1.锁的粒度还是比较大的
  • 2.锁竞争激烈情况下，可能发生死锁
  • 3.锁竞争激烈时，因为串行化，多个线程排队竞争锁效率不会太高

【参考链接】：
1：synchronized和锁
2：Java中的锁原理、锁优化、CAS、AQS详解
3：由浅入深逐步了解 Synchronized
4：全网最细：17张图带你秒杀synchronized关键字
5:【对线面试官】synchronized

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