Synchronized 原理详解

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title: synchronized原理详解
date: 2019-11-27
author: qinghaihu
categories:

• 并发编程
  tags:
  • synchronized

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synchronized内置锁是一种对象锁(锁的是对象而非引用)，作用粒度是对象，可以用来实现对临界资源的同步互斥访问，是可重入的。

加锁方式

1. 同步实例方法，锁的是当前实例对象
2. 同步类方法，锁的是当前类对象（类加载后的Class对象）
3. 同步代码块，锁的是括号里面的对象

synchronized底层原理

synchronized是基于JVM内置锁实现，通过内部对象Monitor(监视器锁)实现，基于进入与退出Monitor对象实现方法与代码块同步，监视器锁的实现依赖操作系统的Mutex lock（互斥锁）实现，它是一个重量级锁性能较低。当，JVM内置锁在1.5之后版本做了重大的优化，如锁粗化（Lock）、锁消除（Lock Elimination）、轻量级锁（Lightweight）、偏向锁（Biased Locking）、适应性自旋（Adaptive Spinning）等来减少锁操作的开销，内置锁的并发性能已经基本与Lock持平。

synchronized关键字被编译成字节码后会被翻译成monitorenter 和monitorexit两条指令分别在同步块逻辑代码的起始位置与结束位置。

Monitor锁.png

这里以线程安全的单例设计模式为例，利用javap -verbose Singleton.class命令，我们看看编译后的部分汇编代码。

public class Singleton {

    /**
     * 查看汇编指令
     * -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -Xcomp
     */
    private volatile static Singleton myinstance;

    public static Singleton getInstance() {
        if (myinstance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (myinstance == null) {
                    myinstance = new Singleton();//对象创建过程，本质可以分文三步
                    //对象延迟初始化
                  }
            }
        }
        return myinstance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Singleton.getInstance();
    }
}

public static com.it.edu.jmm.Singleton getInstance();
descriptor: ()Lcom/it/edu/jmm/Singleton;
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=2, args_size=0
0: getstatic #2 // Field myinstance:Lcom/it/edu/jmm/Singleton;
3: ifnonnull 37
6: ldc #3 // class com/it/edu/jmm/Singleton
8: dup
9: astore_0
10: monitorenter
11: getstatic #2 // Field myinstance:Lcom/it/edu/jmm/Singleton;
14: ifnonnull 27
17: new #3 // class com/it/edu/jmm/Singleton
20: dup
21: invokespecial #4 // Method "<init>":()V
24: putstatic #2 // Field myinstance:Lcom/it/edu/jmm/Singleton;
27: aload_0
28: monitorexit
29: goto 37
32: astore_1
33: aload_0
34: monitorexit
35: aload_1
36: athrow
37: getstatic #2 // Field myinstance:Lcom/it/edu/jmm/Singleton;
40: areturn
Exception table:
from to target type
11 29 32 any
32 35 32 any

每个同步对象都有一个自己的Monitor(监视器锁)，加锁过程如下图所示：

Monitor锁机制.png

文章开头有提到，synchronized锁是一种对象锁，锁的是对象，那对象是如何记录的锁信息呢？这就不得不给提到对象的内存布局。

HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头）、实例数（Instance Data）和对齐填充（Padding）。
对象头：比如 hash码，对象所属的年代，对象锁，锁状态标志，偏向锁（线程）ID，偏向时间，数组长度（数组对象）等。
实例数据：即创建对象时，对象中成员变量，方法等
对齐填充：对象的大小必须是8字节的整数倍

java对象内存结构.png