是時候來嘮一嘮synchronized關鍵字了，Java多執行緒的必問考點！

JavaBuild發表於2024-03-23
synchronizedJava執行緒

寫在開頭

在之前的博文中，我們介紹了volatile關鍵字，Java中的鎖以及鎖的分類，今天我們花5分鐘時間，一起學習一下另一個關鍵字：synchronized。

synchronized是什麼？

首先synchronized是Java中的一個關鍵字，所謂關鍵字，就是Java中根據底層封裝所賦予的一種具有特殊語義的單詞，而synchronized譯為同步之意，可保證在同一時刻，被它修飾的方法或程式碼塊只能有一個執行緒執行，它的使用解決了併發多執行緒中的三大問題：原子性、可見性、順序性。

很多小夥伴在過往的書籍中可能會看到說synchronized是一種重量級鎖，效能差，不建議在程式碼中使用，其實這是早期的synchronized特點，自JDK1.6之後，synchronized 引入了大量的最佳化如自旋鎖、適應性自旋鎖、鎖消除、鎖粗化、偏向鎖、輕量級鎖等技術來減少鎖操作的開銷，這些最佳化讓 synchronized 鎖的效率提升了很多。因此， synchronized 還是可以在實際專案中使用的，像 JDK 原始碼、很多開源框架都大量使用了 synchronized 。

synchronized的使用

synchronized在Java中主要的3種使用方式：

  1. 修飾例項方法： 為當前物件例項加鎖，進入同步方法需要先獲取物件鎖；
  2. 修飾靜態方法： 為當前類加鎖，鎖定的是Class物件，進入同步方法需要先獲取類鎖；
  3. 修飾程式碼塊： 為指定物件加鎖，進入同步方法需要先獲取指定物件的鎖。

樣例：

//修飾例項方法,為當前例項加鎖
synchronized void method() {
    //業務程式碼
}
//修飾靜態方法，鎖為當前Class物件
synchronized static void method() {
    //業務程式碼
}
//修飾程式碼塊，鎖為括號裡面的物件
synchronized(this) {
    //業務程式碼
}

寫到這裡，突然想到了3個面試可能會考的知識點，列舉一下！

問題1：synchronized修飾程式碼塊可以給類加鎖嗎？

當然可以！我們前面說了修飾程式碼塊時，是給程式碼中的物件加鎖，這裡面的物件既可以是例項也可以是類。

問題2：靜態 synchronized 方法和非靜態 synchronized 方法之間的呼叫互斥麼？

不互斥！如果執行緒A呼叫一個例項物件的非靜態synchronized方法，執行緒B同時去呼叫這個例項物件所屬類的靜態synchronized方法並不會發生互斥，因為執行緒A此時拿到的是例項物件鎖，而執行緒B拿到的是當前類的鎖。

問題3：構造方法可以用 synchronized 修飾麼？

不可以！構造方法本身就是執行緒安全的，在Java開發規範裡也明確告訴我們

構造方法不能是抽象的（abstract）、靜態的（static）、最終的（final）、同步的（synchronized）。

synchronized的底層原理

在synchronized的底層（JVM層面），針對方法與程式碼塊的實現邏輯是不同的，因此我們在分析底層原理是也要分別來看。

1、當synchronized修飾方法時

public class Test {
    public synchronized void method() {
        System.out.println("synchronized 方法");
    }
}

我們透過對編譯後的class檔案進行反編譯後，分析其底層實現。

知識點擴充套件：
我們透過javap命令進行反編譯，javap是Java class檔案分解器，可以反編譯，也可以檢視java編譯器生成的位元組碼等。
javap引數如下：

image

使用方式，既可以在電腦的命令列提示符中使用，也可以透過idea的terminal終端使用，我這裡採用idea中進行反彙編操作。參考命令：javap -c -v Test.class

【反彙編結果】

image

由上圖可看出同步方法透過加 ACC_SYNCHRONIZED 標識實現執行緒的執行權的控制，如果修飾的是例項方法，JVM會獲取物件鎖，如果修飾的是靜態方法，JVM會獲取當前類鎖。

2、當synchronized修飾程式碼塊時

public class Test {
    public void method() {
        synchronized (this) {
            System.out.println("synchronized");
        }
    }
}

【反彙編結果】

image

與同步方法不同，同步程式碼塊中使用了monitorenter 和 monitorexit 指令，其中 monitorenter 指令指向同步程式碼塊的開始位置，monitorexit 指令則指明同步程式碼塊的結束位置，並且monitorexit標識有2個，以保證在正常執行和異常情況下均可釋放鎖。

在命令執行到monitorenter時，執行緒會去嘗試獲取物件得鎖，這裡也可稱之為物件所對應的monitor所有權。寫到這裡，我們又要做一個知識點擴充套件啦。

知識點擴充套件：

在JVM中monitor的底層基於C++實現，被稱之為物件監視器，每個物件都會內建一個ObjectMonitor與之關聯，關聯的起始地址存於物件頭的MarkWord中。

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ObjectMonitor幾個關鍵屬性：

  • _owner：指向持有ObjectMonitor物件的執行緒
  • _WaitSet：存放處於wait狀態的執行緒佇列
  • EntryList：存放處於等待鎖block狀態的執行緒佇列
  • recursions：鎖的重入次數
  • _count：用來記錄該執行緒獲取鎖的次數

當多個執行緒同時訪問同步程式碼時，會被放入EntryList中，根據執行緒優先順序嘗試獲取物件鎖，如果鎖的計數器為 0 則表示鎖可以被獲取，獲取到鎖的執行緒進入owner區域，count加1，這裡其實還有之前說的object中的wait/notify/notifyall的組合，也依賴monitor，所以他們才必須用在同步方法或程式碼塊中。
物件鎖的的擁有者執行緒才可以執行 monitorexit 指令來釋放鎖。在執行 monitorexit 指令後，將鎖計數器設為 0，表明鎖被釋放，其他執行緒可以嘗試獲取鎖。

總結

關於synchronized的介紹其實遠沒有結束，還有很多細節可以值得學習，我們會在後面的文章中逐漸補充，避免文章過長，讀者失去閱讀的耐心！

結尾彩蛋

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