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【多线程与高并发】- synchronized锁的认知
来源:cnblogs  作者:怒放吧德德  时间:2023/2/20 15:19:35  对本文有异议

synchronized锁的认知

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synchronized锁的认知.jpg

简介

synchronized 是 Java 语言的一个关键字,它允许多个线程同时访问共享的资源,以避免多线程编程中的竞争条件和死锁问题。synchronized可以用来给对象或者方法进行加锁,当对某个对象或者代码块加锁时,同时就只能有一个线程去执行。这种就是互斥关系,被加锁的区域称为临界区,而里面的资源就是临界资源。当一个线程进入临界区的时候,另一个线程就必须等待。
在这里插入图片描述
synchronized可以限制对某个资源的访问,但是它锁的并不是资源本身,可以锁住某个对象,只有线程拿到这把锁之后才能够去访问临界资源。如下代码,在我们想执行对count变量进行操作的时候,线程需要拿到o这个对象。

  1. public class T1_Synchronized01 {
  2. private int count = 1;
  3. private Object o = new Object();
  4. public void m1() {
  5. synchronized (o) { // 必须先拿到o这个锁
  6. count++;
  7. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);
  8. }
  9. }
  10. }

synchronized基础用法

1、通过对象进行锁

在代码里,可以通过创建一个对象,这样要想拿到临界资源,就必须先获得到这个对象的锁。

  1. public class T1_Synchronized01 {
  2. private int count = 1;
  3. private Object o = new Object();
  4. public void m1() {
  5. synchronized (o) { // 必须先拿到o这个锁
  6. count++;
  7. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);
  8. }
  9. }
  10. }

2、通过this

使用this代表锁住的是当前对象,这种方法等同直接把synchronized关键字加在方法前。

  1. public class T1_Synchronized01 {
  2. private int count = 1;
  3. public void m2() {
  4. synchronized (this) { // 必须先拿到this的锁
  5. count++;
  6. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);
  7. }
  8. }
  9. public synchronized void m3() { // 与m2一样
  10. count++;
  11. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);
  12. }
  13. }

3、锁定静态方法

锁定静态方法需要通过类.class,或者直接在静态方法上加上关键字。但是,类.class不能使用this来代替。注:在同一个类加载器中,class是单例的,这也就能保证synchronized能够只让一个线程访问临界资源。

  1. public class T1_Synchronized01 {
  2. public static void m4() { // 静态方法
  3. synchronized (T1_Synchronized01.class) {
  4. System.out.println(Thread.currentThread().getName());
  5. }
  6. }
  7. public synchronized static void m5() {
  8. System.out.println(Thread.currentThread().getName());
  9. }
  10. }

4、实验测试

①、首先测试一下,同步和非同步是否可以相互调用
定义两个线程,一个执行同步方法,一个执行非同步方法,如果不能够互相调用,那么,非同步线程就需要等待同步线程执行完之后在继续执行。

  1. public class T3_Synchronized03 {
  2. public synchronized void one() {
  3. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " start one method");
  4. try {
  5. Thread.sleep(2000);
  6. } catch (InterruptedException e) {
  7. throw new RuntimeException(e);
  8. }
  9. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " end one method");
  10. }
  11. public void two() {
  12. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " execute two method");
  13. }
  14. public static void main(String[] args) {
  15. T3_Synchronized03 t = new T3_Synchronized03();
  16. new Thread(t::one, "第一个线程").start();
  17. new Thread(t::two, "第二个线程").start();
  18. }
  19. }

从运行的结果可以看出是可以的。
image.png
②、读写不全加锁会怎样
通过购票与查询票数来进行模拟读写加锁问题。
首先,看以下代码是给读写都进行加锁了,在扣掉票数的时候,休眠了2秒,当线程执行了购票之后,通过多个线程去查询票数,每次启动线程会睡眠0.5秒。

  1. public class T4_Synchronized {
  2. private int ticket = 100; // 模拟100张票
  3. public synchronized int getTicket() { // 读
  4. return this.ticket;
  5. }
  6. public synchronized void buy(int number) { // 写
  7. try {
  8. Thread.sleep(2000);
  9. } catch (InterruptedException e) {
  10. throw new RuntimeException(e);
  11. }
  12. ticket = ticket - number;
  13. }
  14. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  15. T4_Synchronized bus = new T4_Synchronized();
  16. System.out.println("刚开始有票数:" + bus.getTicket());
  17. new Thread(() -> bus.buy(1)).start();
  18. for (int i = 1; i <= 10; i++) {
  19. Thread.sleep(500);
  20. int finalI = i;
  21. new Thread(() -> System.out.println("第" + finalI + "次查询余票数:" + bus.getTicket())).start();
  22. }
  23. }
  24. }

运行之后,我们可以发现,数据是正确的,尽管是在查询的时候并没有睡眠0.5秒,显示数据依然是期望数据。
image.png
然而,当我们把读的锁去掉,运行代码,会发现,数据读出来了脏数据,为了更好的显示,查询票数的睡眠不要去掉。
image.png
③、synchronized的可重入性
定义一个类,类中有两个同步方法,他们锁的对象都是当前类,如果不能够重入,在one线程启动的时候就会死锁。在同步方法one中去调用同步方法two,当线程启动的时候,已经获取了对象的锁,等调用two方法的时候,同样是拿到了这个对象的锁。所以synchronized是可重入的。

  1. public class T5_Synchronized {
  2. synchronized void one() {
  3. try {
  4. Thread.sleep(1000);
  5. } catch (InterruptedException e) {
  6. throw new RuntimeException(e);
  7. }
  8. two();
  9. System.out.println("one - thread-" + Thread.currentThread().getName() + " end");
  10. }
  11. synchronized void two() {
  12. try {
  13. Thread.sleep(2000);
  14. } catch (InterruptedException e) {
  15. throw new RuntimeException(e);
  16. }
  17. System.out.println("two - thread-" + Thread.currentThread().getName() + " end");
  18. }
  19. public static void main(String[] args) {
  20. T5_Synchronized t5 = new T5_Synchronized();
  21. new Thread(t5::one, "one1").start();
  22. new Thread(t5::one, "one2").start();
  23. new Thread(t5::one, "one3").start();
  24. }
  25. }

实验结果
image.png
④、异常会释放锁
当线程执行过程中出现了异常,synchronized的锁会被释放,这样其他需要访问这个临界资源的线程就能进入执行。

  1. public class T6_Synchronized {
  2. int count = 0;
  3. synchronized void add() {
  4. System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " start");
  5. while (true) {
  6. count++;
  7. System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " now count = " + count);
  8. if (count == 3) {
  9. throw new NullPointerException("人为异常");
  10. }
  11. if (count == 10) {
  12. throw new NullPointerException("测试结束");
  13. }
  14. }
  15. }
  16. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  17. T6_Synchronized t = new T6_Synchronized();
  18. new Thread(t::add, "1").start();
  19. Thread.sleep(1000);
  20. new Thread(t::add, "2").start();
  21. }
  22. }

当第一次异常抛出时,线程2就立即进入执行。
image.png

synchronized锁的底层原理

synchronized实现锁的基础就是Java对象头,synchronized锁会将线程ID存入mark word(对象头由标记字)。关于mark word,先简要了解一下Java对象。
在Hotspot 虚拟机中,对象在内存中的存储布局,可以分为三个区域:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)、对齐填充(Padding)。synchronized主要是跟对象头有关系,在对象头中包含了标记字(mark word)、类指针(klass word)和 数组长度(array length)。也就是通过mark word的字节位数来表示各种锁状态。
Java对象 (2).png
synchronized锁在线程第一次访问的时候,实际上是没有加锁的,只是在mark word中记录了线程ID,这种就是偏向锁,默认是认为不会有多个线程抢着用,mark word是通过64bit来表示的,通过最低2位也就是锁标志位,偏向锁与无锁的值是01,轻量级锁用00表示,重量级锁用10表示,标记了GC的用11表示,无锁与偏向锁低2位是一致的,在倒数第3位有1位来表示偏向锁位:值为1表示偏向锁。
在这里插入图片描述

这里引用一张掘金博客上的图:https://juejin.cn/post/6978882583492821023

synchronized锁升级

● synchronized锁在线程第一次访问的时候,实际上是没有加锁的,只是在mark word中记录了线程ID,默认也就是使用偏向锁。
● 当第二个线程来争用的时候,此时第二个线程会占用cpu,循环等待锁的释放,这时候偏向锁也就升级为自旋锁。
● 当自旋10次之后,就会升级为重量级锁,重量级锁是不占用cpu,他是使用OS的。
当线程数较少、运行时间较短的时候是比较适合使用自旋锁,反之则比较适合重量级锁。

博文推荐

对于synchronized的学习,我也查阅了许多的相关信息,确实很不容易,我将认为不错的文章都推荐出来:
【并发编程系列2】synchronized锁升级原理分析(偏向锁-轻量级锁-重量级锁)_双子孤狼的博客-CSDN博客_java锁降级和升级

深入理解Java并发之synchronized实现原理_zejian_的博客-CSDN博客_javasynchronized原理

深入理解synchronized底层原理,一篇文章就够了! - 腾讯云开发者社区-腾讯云

Java 对象、对象头mark word、锁升级、对象占内存大小 - 掘金

深入理解Java的对象头mark word_了不起的盖茨比。的博客-CSDN博客_撖寡情憭尋ark word

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原文链接:https://www.cnblogs.com/lyd-code/p/17134173.html

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