在《深入理解Java虛擬機(jī)》中，有這樣一段話(huà)：

synchronized關(guān)鍵字在需要原子性、可見(jiàn)性和有序性這三種特性的時(shí)候都可以作為其中一種解決方案，看起來(lái)是“萬(wàn)能”的。的確，大部分并發(fā)控制操作都能使用synchronized來(lái)完成。

海明威在他的《午后之死》說(shuō)過(guò)的：“冰山運(yùn)動(dòng)之雄偉壯觀(guān)，是因?yàn)樗挥邪朔种辉谒嫔稀！?/p>

對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)，synchronized只是個(gè)關(guān)鍵字而已，用起來(lái)很簡(jiǎn)單。之所以我們可以在處理多線(xiàn)程問(wèn)題時(shí)可以不用考慮太多，就是因?yàn)檫@個(gè)關(guān)鍵字幫我們屏蔽了很多細(xì)節(jié)。

那么，本文就圍繞synchronized展開(kāi)，主要介紹其用法、原理，以及如何提供原子性、可見(jiàn)性和有序性保障的等。

synchronized的用法

synchronized是Java提供的一個(gè)并發(fā)控制的關(guān)鍵字。主要有兩種用法，分別是同步方法和同步代碼塊。

也就是說(shuō)，synchronized既可以修飾方法也可以修飾代碼塊。代碼如下：

/**

*?@author?Hollis?18/08/04.

*/

publicclassSynchronizedDemo{

//同步方法

publicsynchronizedvoiddoSth(){

System.out.println("Hello?World");

}

//同步代碼塊

publicvoiddoSth1(){

synchronized?(SynchronizedDemo.class){

System.out.println("Hello?World");

}

}

}

被synchronized修飾的代碼塊及方法，在同一時(shí)間，只能被單個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)。

synchronized的實(shí)現(xiàn)原理

synchronized，是Java中用于解決并發(fā)情況下數(shù)據(jù)同步訪(fǎng)問(wèn)的一個(gè)很重要的關(guān)鍵字。當(dāng)我們想要保證一個(gè)共享資源在同一時(shí)間只會(huì)被一個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)到時(shí)，我們可以在代碼中使用synchronized關(guān)鍵字對(duì)類(lèi)或者對(duì)象加鎖。

在深入理解多線(xiàn)程（一）——Synchronized的實(shí)現(xiàn)原理中我曾經(jīng)介紹過(guò)其實(shí)現(xiàn)原理，為了保證知識(shí)的完整性，這里再簡(jiǎn)單介紹一下，詳細(xì)的內(nèi)容請(qǐng)去原文閱讀。

我們對(duì)上面的代碼進(jìn)行反編譯，可以得到如下代碼：

publicsynchronizedvoiddoSth();

descriptor:?()V

flags:?ACC_PUBLIC,?ACC_SYNCHRONIZED

Code:

stack=2,?locals=1,?args_size=1

0:?getstatic?????#2//?Field?java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

3:?ldc???????????#3//?String?Hello?World

5:?invokevirtual?#4//?Method?java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V

8:return

publicvoiddoSth1();

descriptor:?()V

flags:?ACC_PUBLIC

Code:

stack=2,?locals=3,?args_size=1

0:?ldc???????????#5//?class?com/hollis/SynchronizedTest

2:?dup

3:?astore_1

4:?monitorenter

5:?getstatic?????#2//?Field?java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

8:?ldc???????????#3//?String?Hello?World

10:?invokevirtual?#4//?Method?java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V

13:?aload_1

14:?monitorexit

15:goto23

18:?astore_2

19:?aload_1

20:?monitorexit

21:?aload_2

22:?athrow

23:return

通過(guò)反編譯后代碼可以看出：

對(duì)于同步方法，JVM采用ACC_SYNCHRONIZED標(biāo)記符來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。

對(duì)于同步代碼塊。JVM采用monitorenter、monitorexit兩個(gè)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。

在The Java? Virtual Machine Specification中有關(guān)于同步方法和同步代碼塊的實(shí)現(xiàn)原理的介紹，我翻譯成中文如下：

方法級(jí)的同步是隱式的。同步方法的常量池中會(huì)有一個(gè)ACC_SYNCHRONIZED標(biāo)志。當(dāng)某個(gè)線(xiàn)程要訪(fǎng)問(wèn)某個(gè)方法的時(shí)候，會(huì)檢查是否有ACC_SYNCHRONIZED，如果有設(shè)置，則需要先獲得監(jiān)視器鎖，然后開(kāi)始執(zhí)行方法，方法執(zhí)行之后再釋放監(jiān)視器鎖。這時(shí)如果其他線(xiàn)程來(lái)請(qǐng)求執(zhí)行方法，會(huì)因?yàn)闊o(wú)法獲得監(jiān)視器鎖而被阻斷住。值得注意的是，如果在方法執(zhí)行過(guò)程中，發(fā)生了異常，并且方法內(nèi)部并沒(méi)有處理該異常，那么在異常被拋到方法外面之前監(jiān)視器鎖會(huì)被自動(dòng)釋放。

同步代碼塊使用monitorenter和monitorexit兩個(gè)指令實(shí)現(xiàn)。可以把執(zhí)行monitorenter指令理解為加鎖，執(zhí)行monitorexit理解為釋放鎖。 每個(gè)對(duì)象維護(hù)著一個(gè)記錄著被鎖次數(shù)的計(jì)數(shù)器。未被鎖定的對(duì)象的該計(jì)數(shù)器為0，當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程獲得鎖（執(zhí)行monitorenter）后，該計(jì)數(shù)器自增變?yōu)?1 ，當(dāng)同一個(gè)線(xiàn)程再次獲得該對(duì)象的鎖的時(shí)候，計(jì)數(shù)器再次自增。當(dāng)同一個(gè)線(xiàn)程釋放鎖（執(zhí)行monitorexit指令）的時(shí)候，計(jì)數(shù)器再自減。當(dāng)計(jì)數(shù)器為0的時(shí)候。鎖將被釋放，其他線(xiàn)程便可以獲得鎖。

無(wú)論是ACC_SYNCHRONIZED還是monitorenter、monitorexit都是基于Monitor實(shí)現(xiàn)的，在Java虛擬機(jī)(HotSpot)中，Monitor是基于C++實(shí)現(xiàn)的，由ObjectMonitor實(shí)現(xiàn)。

ObjectMonitor類(lèi)中提供了幾個(gè)方法，如enter、exit、wait、notify、notifyAll等。sychronized加鎖的時(shí)候，會(huì)調(diào)用objectMonitor的enter方法，解鎖的時(shí)候會(huì)調(diào)用exit方法。（關(guān)于Monitor詳見(jiàn)深入理解多線(xiàn)程（四）—— Moniter的實(shí)現(xiàn)原理）

synchronized與原子性

原子性是指一個(gè)操作是不可中斷的，要全部執(zhí)行完成，要不就都不執(zhí)行。

我們?cè)贘ava的并發(fā)編程中的多線(xiàn)程問(wèn)題到底是怎么回事兒中分析過(guò)：

線(xiàn)程是CPU調(diào)度的基本單位。CPU有時(shí)間片的概念，會(huì)根據(jù)不同的調(diào)度算法進(jìn)行線(xiàn)程調(diào)度。當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程獲得時(shí)間片之后開(kāi)始執(zhí)行，在時(shí)間片耗盡之后，就會(huì)失去CPU使用權(quán)。所以在多線(xiàn)程場(chǎng)景下，由于時(shí)間片在線(xiàn)程間輪換，就會(huì)發(fā)生原子性問(wèn)題。

在Java中，為了保證原子性，提供了兩個(gè)高級(jí)的字節(jié)碼指令monitorenter和monitorexit。

前面介紹過(guò)，這兩個(gè)字節(jié)碼指令，在Java中對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵字就是synchronized。

通過(guò)monitorenter和monitorexit指令，可以保證被synchronized修飾的代碼在同一時(shí)間只能被一個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)，在鎖未釋放之前，無(wú)法被其他線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)到。

因此，在Java中可以使用synchronized來(lái)保證方法和代碼塊內(nèi)的操作是原子性的。

線(xiàn)程1在執(zhí)行monitorenter指令的時(shí)候，會(huì)對(duì)Monitor進(jìn)行加鎖，加鎖后其他線(xiàn)程無(wú)法獲得鎖，除非線(xiàn)程1主動(dòng)解鎖。即使在執(zhí)行過(guò)程中，由于某種原因，比如CPU時(shí)間片用完，線(xiàn)程1放棄了CPU，但是，他并沒(méi)有進(jìn)行解鎖。而由于synchronized的鎖是可重入的，下一個(gè)時(shí)間片還是只能被他自己獲取到，還是會(huì)繼續(xù)執(zhí)行代碼。直到所有代碼執(zhí)行完。這就保證了原子性。

synchronized與可見(jiàn)性

可見(jiàn)性是指當(dāng)多個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)變量時(shí)，一個(gè)線(xiàn)程修改了這個(gè)變量的值，其他線(xiàn)程能夠立即看得到修改的值。

我們?cè)谠儆腥藛?wèn)你Java內(nèi)存模型是什么，就把這篇文章發(fā)給他中分析過(guò)：

Java內(nèi)存模型規(guī)定了所有的變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存中，每條線(xiàn)程還有自己的工作內(nèi)存，線(xiàn)程的工作內(nèi)存中保存了該線(xiàn)程中是用到的變量的主內(nèi)存副本拷貝，線(xiàn)程對(duì)變量的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，而不能直接讀寫(xiě)主內(nèi)存。不同的線(xiàn)程之間也無(wú)法直接訪(fǎng)問(wèn)對(duì)方工作內(nèi)存中的變量，線(xiàn)程間變量的傳遞均需要自己的工作內(nèi)存和主存之間進(jìn)行數(shù)據(jù)同步進(jìn)行。所以，就可能出現(xiàn)線(xiàn)程1改了某個(gè)變量的值，但是線(xiàn)程2不可見(jiàn)的情況。

前面我們介紹過(guò)，被synchronized修飾的代碼，在開(kāi)始執(zhí)行時(shí)會(huì)加鎖，執(zhí)行完成后會(huì)進(jìn)行解鎖。

而為了保證可見(jiàn)性，有一條規(guī)則是這樣的：對(duì)一個(gè)變量解鎖之前，必須先把此變量同步回主存中。這樣解鎖后，后續(xù)線(xiàn)程就可以訪(fǎng)問(wèn)到被修改后的值。

所以，synchronized關(guān)鍵字鎖住的對(duì)象，其值是具有可見(jiàn)性的。

synchronized與有序性

有序性即程序執(zhí)行的順序按照代碼的先后順序執(zhí)行。

我們?cè)谠儆腥藛?wèn)你Java內(nèi)存模型是什么，就把這篇文章發(fā)給他中分析過(guò)：

除了引入了時(shí)間片以外，由于處理器優(yōu)化和指令重排等，CPU還可能對(duì)輸入代碼進(jìn)行亂序執(zhí)行，比如load->add->save 有可能被優(yōu)化成load->save->add 。這就是可能存在有序性問(wèn)題。

這里需要注意的是，synchronized是無(wú)法禁止指令重排和處理器優(yōu)化的。也就是說(shuō)，synchronized無(wú)法避免上述提到的問(wèn)題。

那么，為什么還說(shuō)synchronized也提供了有序性保證呢？

這就要再把有序性的概念擴(kuò)展一下了。

Java程序中天然的有序性可以總結(jié)為一句話(huà)：如果在本線(xiàn)程內(nèi)觀(guān)察，所有操作都是天然有序的。如果在一個(gè)線(xiàn)程中觀(guān)察另一個(gè)線(xiàn)程，所有操作都是無(wú)序的。

以上這句話(huà)也是《深入理解Java虛擬機(jī)》中的原句，但是怎么理解呢？周志明并沒(méi)有詳細(xì)的解釋。這里我簡(jiǎn)單擴(kuò)展一下，這其實(shí)和as-if-serial語(yǔ)義有關(guān)。

as-if-serial語(yǔ)義的意思指：不管怎么重排序（編譯器和處理器為了提高并行度），單線(xiàn)程程序的執(zhí)行結(jié)果都不能被改變。編譯器和處理器無(wú)論如何優(yōu)化，都必須遵守as-if-serial語(yǔ)義。

這里不對(duì)as-if-serial語(yǔ)義詳細(xì)展開(kāi)了，簡(jiǎn)單說(shuō)就是，as-if-serial語(yǔ)義保證了單線(xiàn)程中，指令重排是有一定的限制的，而只要編譯器和處理器都遵守了這個(gè)語(yǔ)義，那么就可以認(rèn)為單線(xiàn)程程序是按照順序執(zhí)行的。當(dāng)然，實(shí)際上還是有重排的，只不過(guò)我們無(wú)須關(guān)心這種重排的干擾。

所以呢，由于synchronized修飾的代碼，同一時(shí)間只能被同一線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)。那么也就是單線(xiàn)程執(zhí)行的。所以，可以保證其有序性。

synchronized與鎖優(yōu)化

前面介紹了synchronized的用法、原理以及對(duì)并發(fā)編程的作用。是一個(gè)很好用的關(guān)鍵字。

synchronized其實(shí)是借助Monitor實(shí)現(xiàn)的，在加鎖時(shí)會(huì)調(diào)用objectMonitor的enter方法，解鎖的時(shí)候會(huì)調(diào)用exit方法。事實(shí)上，只有在JDK1.6之前，synchronized的實(shí)現(xiàn)才會(huì)直接調(diào)用ObjectMonitor的enter和exit，這種鎖被稱(chēng)之為重量級(jí)鎖。

所以，在JDK1.6中出現(xiàn)對(duì)鎖進(jìn)行了很多的優(yōu)化，進(jìn)而出現(xiàn)輕量級(jí)鎖，偏向鎖，鎖消除，適應(yīng)性自旋鎖，鎖粗化(自旋鎖在1.4就有，只不過(guò)默認(rèn)的是關(guān)閉的，jdk1.6是默認(rèn)開(kāi)啟的)，這些操作都是為了在線(xiàn)程之間更高效的共享數(shù)據(jù) ，解決競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。

關(guān)于自旋鎖、鎖粗化和鎖消除可以參考深入理解多線(xiàn)程（五）—— Java虛擬機(jī)的鎖優(yōu)化技術(shù)，關(guān)于輕量級(jí)鎖和偏向鎖，已經(jīng)在排期規(guī)劃中，我后面會(huì)有文章單獨(dú)介紹，將獨(dú)家發(fā)布在我的博客(http://www.hollischuang.com)和公眾號(hào)(Hollis)中，敬請(qǐng)期待。

好啦，關(guān)于synchronized關(guān)鍵字，我們介紹了其用法、原理、以及如何保證的原子性、順序性和可見(jiàn)性，同時(shí)也擴(kuò)展的留下了鎖優(yōu)化相關(guān)的資料及思考。后面我們會(huì)繼續(xù)介紹volatile關(guān)鍵字以及他和synchronized的區(qū)別等。敬請(qǐng)期待。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的再有人问你synchronized是什么，就把这篇文章发给他。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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