Java synchronize！不全面？這篇文章就夠了！

Synchronize 是什麼

synchronized，中文意思為同步，用於多線程資源共享與維護的最常用手段。它通過線程互斥的手段，保存證了資源的原子性。

使用如下：

<code>
synchronized
 (
o
) {
          }   /<code>

實現的原理

本文要講的主要是1.6以後的版本，1.6版本針對synchronize做了使用優化，根據使用的情使用不同的鎖。

包括：

偏向鎖：
1：當線程取得鎖時， warkword偏向鎖位標記為1，並記錄使用該對象的線程指針。
2：當線程嘗試向 偏向鎖對象 取鎖時， 鎖將升級為輕量級鎖。

輕量級鎖：
1.當線程拿不到鎖對象時，線程不會釋放，而是繼續while循環空轉，直到獲取到鎖為止。
2.輕量級鎖的Markword會記錄lock Record的指針，lock Record會記錄對象自旋的次數，當它達到一定自旋次數之後，jvm會將它升級為重量級鎖。

<code>優點：
無需從用戶態轉向內核態，在鎖競爭比較低的情況，線程只需消化幾個時鐘週期就能獲得鎖，所以性能很快。
缺點：
線程自旋是需要消耗cpu性能的，在鎖競爭激烈的情況，空轉的線程數量和自旋的次數會變高，此時會白白浪費cpu時鐘週期。/<code>

重量級鎖：
jvm對重量級鎖的實現，是需要依賴操作系統底層的，操作系統底層維護了一個鎖的隊列，當jvm所有重量級鎖的申請，都需要在這個鎖隊列裡面進行排隊，線程需要從用戶態轉向內核態，排隊過程線程被掛起，無需消耗cpu時鐘頻率，直到輪到這個線程獲取鎖時，系統才會喚醒該爭用的線程。

<code>優點：
不消耗cpu，特別時對於大量鎖的爭用時。
缺點：
等待鎖的時間長。/<code>

synchronize 鎖升級過程

如下圖所示：

1. 初始化，無鎖。
2. 有且只有一線程取得鎖時，為偏向鎖。
3. 對象已被鎖，並有其它線程嘗試取鎖時，鎖升級為輕量級鎖。
4. 鎖狀態為輕量級鎖，並有更多（達到臨界值時）的線程嘗試去取鎖，輕量級鎖將升級為重量級鎖。

鎖升級過程

線程獲取鎖過程

如下圖所示：

1. 對象無鎖時。直接取得鎖
2. 有鎖並且是輕量級鎖，線程自旋取得鎖。
3. 有鎖並且是重量級鎖，線程阻塞，等待鎖釋放再取得鎖。
4. 取得鎖後，用完釋放。

線程獲取鎖過程

鎖狀態與markword

對象鎖的狀態是存在markword記錄的，如下圖所示：

無鎖時，鎖標誌為01，另外存儲了其它各種信息（包括偏向鎖狀態，分代年齡，hashcode）。

偏向鎖時，鎖標誌為01，另外存儲了取得鎖的線程。

輕量鎖時，鎖標誌為00，存儲了線程棧Lock Record的指針。

重量級鎖時，鎖標誌為10，存儲了，重量級鎖的指針。

鎖狀態與markword

實例

下面將通過一個實例，結合markword一步一步地演示synchronize 鎖的升級過程。

測試過程

1. 引入JOL打印出對象的結構（關鍵是markword）。
2. 模擬無鎖，單線程鎖，2個線程，100個級線。
3. 輸出對應的markword。

pom.xml 配置

<code> 
<
project
 
xmlns
=
"http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         
xmlns:xsi
=
"http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         
xsi:schemaLocation
=
"http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"
>

    
<
modelVersion
>
4.0.0 
modelVersion
>


    
<
groupId
>
SynchronizeTest
groupId
>

    
<
artifactId
>
SynchronizeTest
artifactId
>

    
<
version
>
1.0-SNAPSHOT
version
>


    
<
dependencies
>

        
<
dependency
>

            
<
groupId
>
org.openjdk.jol
groupId
>

             
<
artifactId
>
jol-core
artifactId
>

            
<
version
>
0.9
version
>

        
dependency
>

    
dependencies
>


project
>
/<code>

代碼：

<code>
import
 org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
public
 
class
 
ApplicationTest
 
{

    
static
 
volatile
 String strMsg =  
""
;
    
static
 
volatile
 String str2Msg = 
""
;

    
public
 
static
 
void
 
main
(String[] args)
 
throws
 InterruptedException 
{
        Thread.sleep(
5000
); 
        Object o = 
new
 Object();
         
        
new
 Thread() {
             
            
public
 
void
 
run
()
 
{
                
while
 (
true
) {
                    
if
 (str2Msg.equals(strMsg) == 
false
) {
                        str2Msg = strMsg;
                        System.out.print(str2Msg);
                    }
                }
            }
        }.start();
        
         
        
         
         strMsg = ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable();
         
         
          

         
         

         
         
    }
       

    
public
 
static 
 
void
 
SynsTest
(
int
 num, 
final
 Object o)
 
throws
 InterruptedException 
{

         
        
for
 (
int
 i = 
0
; i < num; i++) {
            System.out.println(
"啟開第"
 + (i + 
1
) + 
"線程"
);
            
new
 Thread() {
                 
                
public
 
void
 
run
()
 
{
 				  
synchronized
 (o) {
                    
for
 (; ; ) {
                        strMsg = ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable();
                        
try
 {
                           
                                Thread.sleep(
100
);
                            }
                        } 
catch
 (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }.start();
        }
    }
}/<code>

測試步驟：

第一步：
1、o對象初始化後，直接打印出o對象。解注以下代碼：

<code>  		 
         strMsg = ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable();
         
         
         
         
         
         
/<code>

2、運行結果如下圖所示： 狀態位為01，斷定為無鎖。

無鎖

第二步：

1、開啟1個線程取鎖。解注以下代碼：

<code> 		 
         
         
        
SynsTest
(
1
, o);
         
         
         
        /<code>

2、結果如下圖所示：狀態位為01，後面還記錄著 對應的線程指針,斷定為 偏向鎖。

偏向鎖

第三步：

1、開啟2個線程最鎖。解注以下代碼：

<code>  		 
         
         
         
         
         
SynsTest
(
2
,o);
         
        /<code>

2、如下圖所示：狀態位為00，斷定為輕量級鎖。

輕量級鎖

第四步：
1、開始100個線程取鎖。解注以下代碼：

<code> 
         
         
         
         
         
         
         
SynsTest
(
100
,o);/<code>

2、結果如下圖所示：狀態位為10，斷定為重量級鎖。

重量級鎖

PS：
因為偏向鎖默認在jvm啟動4秒後才啟動。所以在這裡設置等待5秒。具體的結果與配置有關。本機測試用的環境如下，所有配置都是默認的。

可以通過以下命令打印出配置的參數：

小編整理來自：https://blog.csdn.net/richyliu44/article/details/105327885，CSDN博主「Richy Liu」

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