20.synchronized原理详解

青旅半醒 2024-02-05 18:51 25阅读 0赞

在java中，最简单的同步方式就是利用 synchronized 关键字来修饰代码块或者修饰一个方法，那么这部分被保护的代码，在同一时刻就最多只有一个线程可以运行，而 synchronized 的背后正是利用 **monitor** 锁实现的。

那么？

## 获取和释放 monitor 锁的时机是什么呢？ ##

获取和释放 monitor 锁的时机，每个 Java 对象都可以用作一个实现同步的锁，这个锁也被称为内置锁或 monitor 锁，获得 monitor 锁的唯一途径就是进入由这个锁保护的同步代码块或同步方法，线程在进入被 synchronized 保护的代码块之前，会自动获取锁，并且无论是正常路径退出，还是通过抛出异常退出，在退出的时候都会自动释放锁。

例子：

public synchronized void method() {
        
        method body
    }

method() 方法是被 synchronized 修饰的，上面这段代码改写为伪代码。

public void method() {
        
        this.intrinsicLock.lock();
        try{
        
            method body
        }
        finally {
        
            this.intrinsicLock.unlock();
        }
    }

在这种写法中，进入 method 方法后，立刻添加内置锁，并且用 try 代码块把方法保护起来，最后用 finally 释放这把锁，这里的 intrinsicLock 美就是 monitor 锁。

## 用 javap 命令查看反汇编的结果 ##

JVM 实现 synchronized 方法和 synchronized 代码块的细节是不一样的。

### 同步代码块 ###

public class SynTest {
        
        public void synBlock() {
        
            synchronized (this) {
        
                System.out.println("text");
            }
        }
    }

在 SynTest 类中的 synBlock 方法，包含一个同步代码块，synchronized 代码块中有一行代码打印了 text 字符串。

下面我们来通过命令看下 synchronized 关键字到底做了什么事情：

*  首先用 cd 命令切换到 SynTest.java 类所在的路径
 *  然后执行 javac SynTest.java，于是就会产生一个名为 SynTest.class 的字节码文件
 *  然后我们执行 javap -verbose SynTest.class，就可以看到对应的反汇编内容。

大概下面这样：

public void synBlock();
        descriptor: ()V
        flags: ACC_PUBLIC
        Code:
          stack=2, locals=3, args_size=1
             0: aload_0
             1: dup
             2: astore_1
             3: monitorenter
             4: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
             7: ldc           #3                      // String text
             9: invokevirtual #4               // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
            12: aload_1
            13: monitorexit
            14: goto          22
            17: astore_2
            18: aload_1
            19: monitorexit
            20: aload_2
            21: athrow
            22: return

从里面可以看出，synchronized 代码块实际上多了 monitorenter 和 monitorexit 指令，标红的第3、13、19行指令分别对应的是 monitorenter 和 monitorexit。

这里有一个 monitorenter，却有两个 monitorexit 指令的原因是，JVM 要保证每个 monitorenter 必须有与之对应的 monitorexit，monitorenter 指令被插入到同步代码块的开始位置，而 monitorexit 需要插入到方法正常结束处和异常处两个地方，这样就可以保证抛异常的情况下也能释放锁

可以把执行 monitorenter 理解为加锁，执行 monitorexit 理解为释放锁，每个对象维护着一个记录着被锁次数的计数器。未被锁定的对象的该计数器为 0，我们来具体看一下 monitorenter 和 monitorexit 的含义：

**monitorenter**  
执行 monitorenter 的线程尝试获得 monitor 的所有权，会发生以下这三种情况之一：

*  如果该 monitor 的计数为 0，则线程获得该 monitor 并将其计数设置为 1。然后，该线程就是这个 monitor 的所有者。
 *  如果线程已经拥有了这个 monitor ，则它将重新进入，并且累加计数。
 *  如果其他线程已经拥有了这个 monitor，那个这个线程就会被阻塞，直到这个 monitor 的计数变成为 0，代表这个 monitor 已经被释放了，于是当前这个线程就会再次尝试获取这个 monitor。

**monitorexit**

monitorexit 的作用是将 monitor 的计数器减 1，直到减为 0 为止。代表这个 monitor 已经被释放了，已经没有任何线程拥有它了，也就代表着解锁，所以，其他正在等待这个 monitor 的线程，此时便可以再次尝试获取这个 monitor 的所有权。

### 同步方法 ###

而对于 synchronized 方法，并不是依靠 monitorenter 和 monitorexit 指令实现的，被 javap 反汇编后可以看到，synchronized 方法和普通方法大部分是一样的，不同在于，这个方法会有一个叫作 ACC\_SYNCHRONIZED 的 flag 修饰符，来表明它是同步方法。

public synchronized void synMethod() {
        
     
    }

对应的反汇编指令如下所示：

public synchronized void synMethod();
        descriptor: ()V
        flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
        Code:
          stack=0, locals=1, args_size=1
             0: return
          LineNumberTable:
            line 16: 0

可以看出，被 synchronized 修饰的方法会有一个 ACC\_SYNCHRONIZED 标志。

当某个线程要访问某个方法的时候，会首先检查方法是否有 ACC\_SYNCHRONIZED 标志，如果有则需要先获得 monitor 锁，然后才能开始执行方法，方法执行之后再释放 monitor 锁。