java多线程（并发）夯实之路-synchronized深入浅出

使用锁的原因

线程安全

多个线程对共享资源进行写操作时，会发生上下文切换，造成线程安全问题。

如以下代码

上下文切换

发生上下文切换，如

临界区

一段代码块中如果存在对共享资源的多线程读写操作，则称这段代码区为临界区

以上代码临界区为

竞态条件Race Condition

多个线程在临界区内执行，代码执行序列不同导致结果无法预测，称为发生了竞态条件

synchronized解决方案

避免临界区的竞态条件发生：

阻塞式的解决方案：synchronized，Lock

非阻塞式的解决方案：原子变量

synchronized：俗称对象锁，它采用互斥的方式，使得同一时刻最多只能有一个线程持有对象锁，其他对象想要获取对象锁就只能进入阻塞状态（注意必须使用相同的锁）。

在加了锁的线程中，只有获取了锁的线程能够运行（其他线程进入BLOCKED阻塞状态，即使该线程时间片用完了，因为其他线程仍处于阻塞状态，所以该线程会重新获得时间片），synchronized内代码运行结束后线程会释放锁，其他阻塞的线程会被唤醒，然后去竞争锁，获取了锁的线程去运行……

这样保证了拥有锁的线程可以安全地执行临界区的代码，而不用担心发生上下文切换。

互斥和同步都可以采用synchronized关键字来实现，但它们还是有区别的：

互斥是避免临界区的竞态条件发生，同一时刻只能有一个线程执行临界区代码

同步是由于线程执行的顺序不同，一个线程需要等待另一个线程执行到某一点

利用synchronized解决之前问题的代码如下：

synchronized实际上是用对象锁保证了临界区内代码的原子性，临界区内代码对外是不可分割的，不会被线程切换给打断。

用图来表示

面向对象的改进

把需要保护的共享变量放入一个类中

方法上的synchronized

synchronized修饰方法锁住的是this对象，synchronized? static修饰方法锁住的是class对象

不加synchronized的方法：好比不遵守规则的人，不老实排队（翻窗户进去）

Monitor

java对象头，以32位虚拟机为例

普通对象：Klass? Word指针指向它的class对象

数组对象：int为4字节，Integer为12字节（8字节对象头加上4字节的值）

Mark Word结构：倒数第三位表示是否为偏向锁，后两位表示加锁状态

Monitor（锁）被翻译为监视器或管程（操作系统层面）

每个java对象都可以关联一个Monitor对象，如果用synchronzied給对象上锁（重量级），该对象头的Mark Word中就会设置一个指针指向Monitor对象

Monitor只能有一个主人，一个线程成为了Monitor的Owner后，其他想要获取锁的线程会进入 Monitor的EntryList等待，进入BLOCKED状态。Monitor的Owner线程执行完毕后，Owner设为null，在 EntryLis中等待线程被唤醒，再去竞争锁，竞争结果由jdk底层实现决定。如下图所示。

注意synchronzied锁住同一个对象才会有同一个Monitor，不加synchronzied的对象不会关联监视

器。

刚开始Monitor中Owner为null
当Thread-2执行synchronized(obj)就会将Monitor的所有者Owner置为Thread-2，Monitor中只能有一个Owner
在Thread-2上锁的过程中，如果Thread-3，Thread-4，Thread-5也来执行synchronized(obj)，就会进入EntryList BLOCKED
Thread-2执行完同步代码块的内容，然后唤醒EntryList中等待的线程来竞争锁，竞争的时是非公平的图中WaitSet 中的Thread-0，Thread-1是之前获得过锁，但条件不满足进入WAITING状态的线程

synchronzied原理

对应的字节码为

如果6到16行出现异常，会到第19行，重置lock对象的Mark Word，唤醒EntryList，让其他线程去竞争锁，再抛出异常。synchronzied中的代码即使出现了异常也能解锁。