說(shuō)說(shuō)自己對(duì)于synchronized關(guān)鍵字的了解

synchronized關(guān)鍵字用于解決多個(gè)線程之間訪問(wèn)資源的同步性，synchronized關(guān)鍵字可以保證被它修飾的方法或者代碼塊在任意時(shí)刻只能有一個(gè)線程執(zhí)行。

值得注意的是，在Java早期，JDK1.6之前，synchronized屬于重量級(jí)鎖，效率低下。

原因在于：

監(jiān)視器鎖【monitor】依賴于底層操作系統(tǒng)的Mutex Lock實(shí)現(xiàn)，Java的線程是映射到操作系統(tǒng)的原生線程之上的。如果要掛起或喚醒一個(gè)線程，都需要操作系統(tǒng)幫忙完成，而操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線程之間的切換時(shí)需要從用戶態(tài)轉(zhuǎn)化到內(nèi)核態(tài)，需要消耗比較長(zhǎng)的時(shí)間。

但是，JDK1.6之后，Java官方從JVM層面對(duì)synchronized關(guān)鍵字進(jìn)行了較大的優(yōu)化，效率不可同日而語(yǔ)。主要的優(yōu)化有：自旋鎖、適應(yīng)性自旋鎖、鎖消除、鎖粗化、偏向鎖、輕量級(jí)鎖等技術(shù)來(lái)減少鎖操作的開銷。

synchronized關(guān)鍵字的三種使用

修飾實(shí)例方法：作用于當(dāng)前對(duì)象實(shí)例加鎖，進(jìn)入同步代碼前要獲得?當(dāng)前對(duì)象實(shí)例的鎖。

修飾靜態(tài)方法:?也就是給當(dāng)前類加鎖，會(huì)作用于類的所有對(duì)象實(shí)例 ，進(jìn)入同步代碼前要獲得?當(dāng)前 class 的鎖。

注意：靜態(tài)成員不屬于任何一個(gè)實(shí)例對(duì)象，是類成員！因此，一個(gè)線程A調(diào)用一個(gè)實(shí)例對(duì)象的非靜態(tài)synchronized方法，一個(gè)線程B調(diào)用這個(gè)實(shí)例對(duì)象的所屬類的靜態(tài)synchronized方法，是被允許的。?因?yàn)樵L問(wèn)靜態(tài) synchronized 方法占用的鎖是當(dāng)前類的鎖，而訪問(wèn)非靜態(tài) synchronized 方法占用的鎖是當(dāng)前實(shí)例對(duì)象鎖。

修飾代碼塊?：給括號(hào)內(nèi)配置的對(duì)象加鎖。synchronized(this|object) 表示進(jìn)入同步代碼庫(kù)前要獲得給定對(duì)象的鎖。synchronized(類.class) 表示進(jìn)入同步代碼前要獲得?當(dāng)前 class 的鎖。

synchronized關(guān)鍵字的底層原理

通過(guò)對(duì).class文件的編譯可以發(fā)現(xiàn)：

• 同步方法通過(guò)ACC_SYNCHRONIZED修飾。

• 代碼塊同步使用monitorenter和monitorexit兩個(gè)指令實(shí)現(xiàn)。

雖然兩者實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)不同，但其實(shí)本質(zhì)上都是JVM基于進(jìn)入和退出Monitor對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)同步，JVM的要求如下：

• monitorenter指令會(huì)在編譯后插入到同步代碼塊的開始位置，而monitorexit則會(huì)插入到方法結(jié)束和異常處。

• 每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)monitor與之關(guān)聯(lián)，且當(dāng)一個(gè)monitor被持有之后，他會(huì)處于鎖定狀態(tài)。

• 線程執(zhí)行到monitorenter時(shí)，會(huì)嘗試獲取對(duì)象對(duì)應(yīng)monitor的所有權(quán)。

• 在獲取鎖時(shí)，如果對(duì)象沒被鎖定，或者當(dāng)前線程已經(jīng)擁有了該對(duì)象的鎖(可重進(jìn)入，不會(huì)鎖死自己)，將鎖計(jì)數(shù)器加一，執(zhí)行monitorexit時(shí)，鎖計(jì)數(shù)器減一，計(jì)數(shù)為零則鎖釋放。

• 獲取對(duì)象鎖失敗，則當(dāng)前線程陷入阻塞，直到對(duì)象鎖被另外一個(gè)線程釋放。

JDK1.6之后對(duì)synchronized關(guān)鍵字進(jìn)行的優(yōu)化

優(yōu)化：偏向鎖，輕量級(jí)鎖，自旋鎖，適應(yīng)性自旋鎖，鎖消除，鎖粗化。

鎖主要存在的四種狀態(tài)，依次是：無(wú)鎖狀態(tài)、偏向鎖狀態(tài)、輕量級(jí)鎖狀態(tài)、重量級(jí)鎖狀態(tài)，他們會(huì)隨著競(jìng)爭(zhēng)的激烈而逐漸升級(jí)。注意鎖可以升級(jí)不可降級(jí)，這種策略是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率。

Java對(duì)象頭的組成

鎖存在于Java對(duì)象頭里，對(duì)象頭的組成部分：

• Mark Word：存儲(chǔ)對(duì)象的hashCode或鎖信息等。

• Class Metadata Address：存儲(chǔ)到對(duì)象類型數(shù)據(jù)的指針。

• Array length：數(shù)組的長(zhǎng)度(如果當(dāng)前對(duì)象是數(shù)組)

Java對(duì)象頭又存在于Java堆中，堆內(nèi)存分為三部分：對(duì)象頭，實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)齊填充。

MarkWord的組成

Java對(duì)象頭的MardWord中記錄了對(duì)象和鎖的相關(guān)信息，無(wú)鎖狀態(tài)下，Java對(duì)象頭里的Mark Word里默認(rèn)存儲(chǔ)對(duì)象的HashCode、分代年齡和鎖標(biāo)記位。在64位的JVM中，Mark Word為64 bit。

在運(yùn)行期間Mark Word里存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)會(huì)隨著鎖標(biāo)志位的變化而變化。鎖升級(jí)的功能也主要靠MarkWord中鎖標(biāo)志位和是否偏向鎖標(biāo)志完成。

鎖升級(jí)的過(guò)程

鎖升級(jí)的過(guò)程：無(wú)鎖，偏向鎖，輕量級(jí)鎖，重量級(jí)鎖

偏向鎖

HotSpot的作者經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)情況下，鎖不僅不存在多線程競(jìng)爭(zhēng)，而且總是由同一線程多次獲得，為了讓線程獲得鎖的代價(jià)更低而引入了偏向鎖。

偏向鎖的適用場(chǎng)景

偏向鎖主要用于優(yōu)化：同一線程多次申請(qǐng)同一個(gè)鎖的競(jìng)爭(zhēng)，在某些情況下，大部分時(shí)間都是同一個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)鎖資源的。

偏向鎖的加鎖

主要流程：當(dāng)一個(gè)線程訪問(wèn)同步塊并獲取鎖時(shí)，會(huì)在對(duì)象頭和棧幀中的鎖記錄里存儲(chǔ)鎖偏向的線程ID，以后該線程在進(jìn)入和退出同步塊時(shí)不需要進(jìn)行CAS操作來(lái)加鎖和解鎖，只需簡(jiǎn)單地測(cè)試一下對(duì)象頭的Mark Word里是否存儲(chǔ)著指向當(dāng)前線程的偏向鎖。

• 如果測(cè)試成功，表示線程已經(jīng)獲得了鎖。

• 如果測(cè)試失敗，則需要再測(cè)試一下Mark Word中偏向鎖的標(biāo)識(shí)是否設(shè)置成1(表示當(dāng)前是偏向鎖)：如果沒有設(shè)置，則使用CAS競(jìng)爭(zhēng)鎖。如果設(shè)置了，則嘗試使用CAS將對(duì)象頭的偏向鎖指向當(dāng)前線程。

偏向鎖的撤銷

一旦出現(xiàn)其他線程競(jìng)爭(zhēng)鎖資源時(shí)，偏向鎖就會(huì)被撤銷。偏向鎖的撤銷可能需要等待全局安全點(diǎn)【在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上沒有正在執(zhí)行的字節(jié)碼】。

• 首先暫停持有該鎖的線程，然后檢查持有偏向鎖的線程是否活著，如果線程不處于活動(dòng)狀態(tài)，則將對(duì)象頭設(shè)置成無(wú)鎖狀態(tài)。

• 如果持有偏向鎖的線程仍然活著，擁有偏向鎖的棧會(huì)被執(zhí)行，遍歷偏向?qū)ο蟮逆i記錄，棧中的鎖記錄和對(duì)象頭的Mark Word要么重新偏向于其他線程，要么恢復(fù)到無(wú)鎖或者標(biāo)記對(duì)象不適合作為偏向鎖，最后喚醒在暫停的線程。

偏向鎖的關(guān)閉

偏向鎖在Java 6和Java 7里是默認(rèn)啟用的，但是它在應(yīng)用程序啟動(dòng)幾秒鐘之后才激活，如有必要可以使用JVM參數(shù)來(lái)關(guān)閉延遲：-XX:BiasedLockingStartupDelay=0。

如果說(shuō)通常處于競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，可以通過(guò)- XX:-UseBiasedLocking=false，進(jìn)入輕量級(jí)鎖狀態(tài)。

輕量級(jí)鎖

如偏向鎖存在，如有另一線程競(jìng)爭(zhēng)鎖，且對(duì)象頭MarkWord中的線程ID與當(dāng)前線程ID不同，則該線程將會(huì)嘗試CAS操作獲取鎖，獲取失敗，代表鎖存在競(jìng)爭(zhēng)，偏向鎖向輕量級(jí)鎖升級(jí)。

輕量級(jí)鎖的加鎖

• 線程在執(zhí)行同步塊之前，JVM會(huì)先在當(dāng)前線程的棧臺(tái)中創(chuàng)建用于存儲(chǔ)鎖記錄的空間【Displaced Mark Word】，并將對(duì)象頭中的Mark Word復(fù)制到鎖記錄中。

• 然后線程嘗試使用CAS將對(duì)象頭中的Mark Word替換為指向鎖記錄的指針。替換成功，則當(dāng)前線程獲得鎖。替換失敗，表示其他線程競(jìng)爭(zhēng)鎖，當(dāng)前線程嘗試使用自旋來(lái)獲取鎖。

輕量級(jí)鎖的解鎖

• 使用原子的CAS操作將【Displaced Mark Word】替換回對(duì)象頭。替換成功，表示沒有競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生。替換失敗，表示當(dāng)前鎖存在競(jìng)爭(zhēng)，鎖就會(huì)膨脹成重量級(jí)鎖。

輕量級(jí)鎖的適用場(chǎng)景

線程交替執(zhí)行同步塊，絕大部分的鎖在整個(gè)同步周期內(nèi)都不存在長(zhǎng)時(shí)間的競(jìng)爭(zhēng)。

鎖的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

鎖優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場(chǎng)景偏向鎖加鎖和解鎖不需要額外的消耗，和執(zhí)行非同步方法比僅存在納秒級(jí)的差距。如果線程間存在鎖競(jìng)爭(zhēng)， 會(huì)帶來(lái)額外的鎖撤銷的消耗。適用于只有一個(gè)線程訪問(wèn)同步塊場(chǎng)景。輕量級(jí)鎖競(jìng)爭(zhēng)的線程不會(huì)阻塞，提高了程序的響應(yīng)速度。如果始終得不到所競(jìng)爭(zhēng)的線程使用自旋會(huì)消耗CPU。追求響應(yīng)時(shí)間。同步塊執(zhí)行速度非常快。重量級(jí)鎖線程競(jìng)爭(zhēng)不使用自旋，不會(huì)消耗CPU。線程阻塞，響應(yīng)時(shí)間緩慢。追求吞吐量。同步塊執(zhí)行速度較長(zhǎng)。

總結(jié)

JVM在JDK 1.6中引入了分級(jí)鎖機(jī)制來(lái)優(yōu)化synchronized

當(dāng)一個(gè)線程獲取鎖時(shí)，首先對(duì)象鎖成為一個(gè)偏向鎖這是為了避免在同一線程重復(fù)獲取同一把鎖時(shí)，用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)頻繁切換

如果有多個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)鎖資源，鎖將會(huì)升級(jí)為輕量級(jí)鎖這適用于在短時(shí)間內(nèi)持有鎖，且分鎖交替切換的場(chǎng)景輕量級(jí)鎖還結(jié)合了自旋鎖來(lái)避免線程用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)的頻繁切換

如果鎖競(jìng)爭(zhēng)太激烈(自旋鎖失敗)，同步鎖會(huì)升級(jí)為重量級(jí)鎖

優(yōu)化synchronized同步鎖的關(guān)鍵：減少鎖競(jìng)爭(zhēng)應(yīng)該盡量使synchronized同步鎖處于輕量級(jí)鎖或偏向鎖，這樣才能提高synchronized同步鎖的性能常用手段減少鎖粒度：降低鎖競(jìng)爭(zhēng)減少鎖的持有時(shí)間，提高synchronized同步鎖在自旋時(shí)獲取鎖資源的成功率，避免升級(jí)為重量級(jí)鎖

在鎖競(jìng)爭(zhēng)激烈時(shí)，可以考慮禁用偏向鎖和禁用自旋鎖

synchronized關(guān)鍵字與ReentrantLock的區(qū)別

共同點(diǎn)

• 都是可重入鎖：自己可以再次獲取自己的內(nèi)部鎖【避免一個(gè)線程獲取鎖之后，再次嘗試獲取鎖時(shí)造成的死鎖】。同一線程每次獲取鎖，計(jì)數(shù)器加一，釋放鎖，計(jì)數(shù)器減一，計(jì)數(shù)為0，代表完全釋放該鎖。

不同點(diǎn)

• synchronized依賴于JVM實(shí)現(xiàn)，ReentrantLock依賴于API。

• 相比synchronized，ReentrantLock增加了一些高級(jí)功能。主要來(lái)說(shuō)主要有三點(diǎn)：等待可中斷?: ReentrantLock提供了一種能夠中斷等待鎖的線程的機(jī)制，通過(guò) lock.lockInterruptibly() 來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制。也就是說(shuō)正在等待的線程可以選擇放棄等待，改為處理其他事情。可實(shí)現(xiàn)公平鎖?: ReentrantLock可以指定是公平鎖還是非公平鎖。而synchronized只能是非公平鎖。所謂的公平鎖就是先等待的線程先獲得鎖。ReentrantLock默認(rèn)情況是非公平的，可以通過(guò) ReentrantLock類的ReentrantLock(boolean fair)構(gòu)造方法來(lái)制定是否是公平的。可實(shí)現(xiàn)選擇性通知(鎖可以綁定多個(gè)條件): synchronized關(guān)鍵字與wait()和notify()/notifyAll()方法相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)等待/通知機(jī)制。ReentrantLock類當(dāng)然也可以實(shí)現(xiàn)，但是需要借助于Condition接口與newCondition()方法。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java 等待几秒_Java并发编程synchronized相关面试题总结的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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