前言
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上篇文章从无到有分析了如何实现"锁"，虽然仅仅实现了最简单的锁，但"锁"的精华已经提取出来了，有了这些知识，本篇将分析系统提供的锁-synchronized关键字的使用与实现。
通过本篇文章，你将了解到：
1、synchronized 如何使用
2、synchronized 源码初探
3、总结
1、synchronized 如何使用
多线程访问临界区
由上篇文章可知，多线程访问临界区需要锁：
image.png
临界区可以是一段代码，也可以是某个方法。
synchronized 各种使用方式
按锁作用区域划分，可分为两类：
修饰方法
修饰方法又分为两类：实例方法与静态方法。先来看看实例方法：
实例方法
public class TestSynchronized {
//共享变量
private int a = 0;
public static void main(String args[]) {
final TestSynchronized testSynchronized = new TestSynchronized();
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int count = 0;
while (count < 10000) {
testSynchronized.func1();
count++;
}
System.out.println("a = " + testSynchronized.getA() + " in thread1");
}
});
t1.start();
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int count = 0;
while (count < 10000) {
testSynchronized.func1();
count++;
}
System.out.println("a = " + testSynchronized.getA() + " in thread2");
}
});
t2.start();
try {
t1.join();
t2.join();
//等待t1,t2执行完毕，再打印结果
System.out.println("a = " + testSynchronized.getA() + " in mainThread");
} catch (Exception e) {
}
}
private synchronized void func1() {
//修改a
a++;
}
private int getA() {
return a;
}
}
以上两个线程t1、t2都需要修改共享变量a的值，同时调用TestSynchronized 的对象方法: func1()进行自增。每个线程调用func1() 10000次，循环结束后线程停止运行。理论上每个线程都对a的值增加了10000次，也就是说最后a的值应为为：a==20000，来看看在主线程里打印a的最终值：
image.png
可以看出，多线程访问的结果正确，说明synchronized修饰的实例方法能够正确实现了多线程并发。
静态方法
再来看看静态方法：
public class TestSynchronized {
//共享变量
private static int a = 0;
public static void main(String args[]) {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int count = 0;
while (count < 10000) {
func1();
count++;
}
System.out.println("a = " + getA() + " in thread1");
}
});
t1.start();
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int count = 0;
while (count < 10000) {
func1();
count++;
}
System.out.println("a = " + getA() + " in thread2");
}
});
t2.start();
try {
t1.join();
t2.join();
//等待t1,t2执行完毕，再打印结果
System.out.println("a = " + getA() + " in mainThread");
} catch (Exception e) {
}
}
private static synchronized void func1() {
//修改a
a++;
}
private static int getA() {
return a;
}
}
相对于修饰实例方法，只是更改了a为static类型，并且将func1()变为静态方法，最终的结果与前面实例方法是一致的。
说明synchronized修饰的静态方法能够正确实现了多线程并发。
修饰代码块
synchronized 修饰方法时(静态方法/实例方法)，在进入方法前先申请锁，退出方法后释放锁。假若有个方法里执行的操作比较多，而需要并发访问的就只有一小段，如果为了这小段临界区将方法用synchronized修饰，那么将是大材小用。为此synchronized提供了修饰一段代码块的方法。
按锁类型划分，修饰代码块也分为两类：
获取对象锁
//声明锁对象
private static Object object = new Object();
private void func1() {
//无需互斥访问的区域
int b = 1000;
int c = 0;
if (c < b) {
c++;
}
//修改a
//需要互斥访问的区域
synchronized (object) {
a++;
}
}
可以看出虽然func1方法里有其它操作，但是对于多线程操作不敏感，只有共享变量a需要互斥访问，因此仅仅需要对操作a使用synchronized修饰。
synchronized (object) 表示获取实例对象：object的锁。
获取类锁
再来看看如何使用类锁：
private void func1() {
//无需互斥访问的区域
int b = 1000;
int c = 0;
if (c < b) {
c++;
}
//修改a
//需要互斥访问的区域
synchronized (TestSynchronized.class) {
a++;
}
}
这次没有实例化对象了，而是直接使用TestSynchronized.class，表示获取TestSynchronized 类锁。
小结
将上述关系用图表示：
image.png
1、无论是修饰方法还是代码块，最终都是获取对象锁（类锁是Class对象的锁)
2、实例方法与对象锁获取的是同一把锁（普通对象锁）
3、静态方法与类锁获取的是同一把锁（类锁-Class对象锁）
对象锁
private void func1() {
synchronized (this) { }
}
private synchronized void func2() {
}
private void func3() {
}
func1()与func2()都需要获取对象锁（this指的是本对象，也就是调用方法的对象本身)，因此两者的访问是互斥的，而访问func3()则不受影响。
类锁
private void func1() {
synchronized (TestSynchronized.class) { }
}
private static synchronized void func2() {
}
private static synchronized void func3() {
}
private static void func4() {
}
func1()、func2()、func3()都需要获取类锁，此处的类锁为TestSynchronized.class 对象，因此三者的访问是互斥的，而访问func4()则不受影响。
由此可知：
1、类锁与对象锁互不影响
2、多线程需要获取"同一把锁"才能实现互斥
2、synchronized 源码初探
上面的例子离不开synchronized 修饰符，这是个关键字，JVM是如何识别这个关键字的呢？首先来看看synchronized编译后的结果：
修饰代码块
先来看Demo:
public class TestSynchronized {
//共享变量
int a = 0;
Object object = new Object();
public static void main(String args[]) {
}
private void add() {
synchronized (object) {
a++;
}
}
}
以上是使用对象锁修饰了代码块。现在将它编译为.class文件，定位到TestSynchronized.java 文件目录，打开命令行，输入如下命令：
javac TestSynchronized.java
与TestSynchronized.java文件同目录下将生成TestSynchronized.class。
.class 文件肉眼看不出所以然，因此将它反编译看看，依然在同级目录下使用如下命令：
javap -verbose -p TestSynchronized.class
然后命令行输出一串结果，当然如果你觉得不方便查看，可以将输出结果放在文件里，使用如下命令：
javap -verbose -p TestSynchronized.class > mytest.txt
来看看输出的重点内容：
image.png
上图重点圈出了两个指令：monitorenter与monitorexit。
- monitorenter 表示获取锁
- monitorexit 表示释放锁
- 两者之间的操作就是被锁住的临界区
其中monitorexit 有两个，后面一个是发生异常时会执行
monitorenter/monitorexit 指令对应代码
monitorenter/monitorexit 指令对应的代码在哪呢？
网上有不同的解释，我倾向于：https://github.com/farmerjohngit/myblog/issues/13 中所作的分析：
- 在Hotspot中只用到了模板解释器(templateTable_x86_64.cpp)
，字节码解释器(bytecodeInterpreter.cpp)根本就没用到- 模板解释器里都是汇编代码，字节码解释器用的是C++实现的，两者逻辑是大同小异的，为了更方便阅读以字节码解释器为例
monitorenter指令对应代码：
image.png
在bytecodeInterpreter.cpp#1804行。
monitorexit指令对应代码：
image.png
在bytecodeInterpreter.cpp#1911行。
由以上可知，我们找到了monitorenter/monitorexit 指令对应的代码入口，也就是指令具体的实现位置。
修饰方法
先来看Demo：
public class TestSynchronized {
//共享变量
int a = 0;
Object object = new Object();
public static void main(String args[]) {
}
private synchronized void add() {
a++;
}
}
同样的使用javap指令，结果如下：
image.png
与修饰代码块不一样的是：并没有monitorenter/monitorexit 指令，但是多了ACC_SYNCHRONIZED 标记，这个标记是怎么解析的呢？
先看看锁的入口和出口对应的代码：
方法锁入口
image.png
在bytecodeInterpreter.cpp#643行。
上图标红的部分从名字可以看出判断该方法是否是同步方法，若是同步方法，则进行获取锁的步骤。
寻找is_synchronized()函数，在method.hpp里。
image.png
继续看accessFlags.hpp：
image.png
最终看jvm.h
image.png
可以看出：
用synchronized关键字修饰方法后，反编译出来的代码里带有：ACC_SYNCHRONIZED 标记与JVM里的JVM_ACC_SYNCHRONIZED 对应，而这个参数最终使用的地方是通过is_synchronized()函数用来判断是否是同步方法。
方法锁出口
image.png
方法结束后运行此段代码，里边判断是否是同步方法，进而进行释放锁等操作。
3、总结
synchronized修饰代码块和方法，两者异同：
1、修饰代码块时编译后会在临界区前后加入monitorenter、monitorexit 指令
2、修饰方法时进入/退出方法时会判断ACC_SYNCHRONIZED 标记是否存在
3、不管是用monitorenter/monitorexit 还是ACC_SYNCHRONIZED，最终都是在对象头上做文章，都需要获取锁。
了解了synchronized使用及其源码入口，接下来将深入探析其工作机制。下篇将会分析无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁的实现机制。
本文基于jdk8。
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