synchronized关键字

概要：

synchronized能保证原子性、可见性、有序性。原理如下：

原子性：synchronized编译后产生字节码指令monitorenter、monitorexit，这两个指令最终对应到JVM底层就是原子操作lock、unlock。

可见性：对一个共享变量执行unlock前先把此变量的值从线程的工作内存同步到主内存。

有序性：由于一个共享变量在同一时刻只允许一条线程对其执行lock操作，因此持有同一个锁的两个同步块只能串行进入。

 

原理：（P391）

synchronized编译后在同步块前后分别形成monitorenter、monitorexit字节码指令，这两个指令需要一个Reference类型参数指明要锁定和解锁的对象（没明确指定时根据synchronized修饰的是类方法还是实例方法取相应的Class对象或对象实例作为锁对象）。

• 执行monitorenter时首先尝试获取对象的锁。若对象没被锁定或当前线程已拥有了该对象的锁，则锁计数加1；相应地，执行monitorexit时锁计数减1，计数为0时释放锁。
• 若当前线程获取锁对象失败则阻塞等待，直到对象锁被占有该锁的另一个线程释放，并且当前线程抢到该锁。

synchronized同步块对同一个线程来说是可重入的，不会出现把自己锁死的问题。

 

下面详述：

synchronized用来修饰代码块或方法，其作用是让访问该方法或代码块的线程获取方法所属对象的同步锁，以实现同步操作。

1、

在java中，每一个对象有且仅有一个同步锁。这也意味着，同步锁是依赖于对象而存在；我们通过调用某对象的synchronized方来获取该对象的同步锁。
我们将synchronized的基本规则总结为下面3条，并通过实例对它们进行说明。

• 第一条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程对“该对象”的该“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
• 第二条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程仍然可以访问“该对象”的非同步代码块。
• 第三条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程对“该对象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。

实例锁 -- 锁在某一个实例对象上。如果该类是单例，那么该锁也具有全局锁的概念。实例锁对应的就是synchronized关键字。
全局锁 -- 该锁针对的是类，无论实例多少个对象，那么线程都共享该锁。全局锁对应的就是static synchronized（或者是锁在该类的class或者classloader对象上）。

关于“实例锁”和“全局锁”有一个很形象的例子：

pulbic class Something {
  public synchronized void isSyncA(){}
  public synchronized void isSyncB(){}
  public static synchronized void cSyncA(){}
  public static synchronized void cSyncB(){}
}
假设，Something有两个实例x和y。分析下面4组表达式获取的锁的情况。
(01) x.isSyncA()与x.isSyncB() //不能同时访问
(02) x.isSyncA()与y.isSyncA() //可以同时访问
(03) x.cSyncA()与y.cSyncB() //不能同时访问
(04) x.isSyncA()与Something.cSyncA() //可以同时访问

每个对象都有一个锁和一个等待队列，类对象也不例外。 synchronized保护的是对象：对实例方法，保护的是当前实例对象this；对静态方法，保护的是类对象。

synchronized静态方法和synchronized实例方法保护的是不同的对象，不同的两个线程，可以同时，一个执行synchronized静态方法，另一个执行synchronized实例方法。

任何对象都可以作为锁对象。

2、

synchronized是可重入的且保证内存可见性：在释放锁时，所有写入都会写回内存，而获得锁后，都会从内存中读最新数据。

 

参考资料：

1、《深入理解Java虚拟机——JVM高级特性与最佳实践》

2、更多详见 synchronized实现原理