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java synchronized加锁和释放流程详解

作者:程序黑板报

这篇文章主要介绍了java synchronized加锁和释放流程,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教

为什么需要加锁

在多线程环境中,多个线程同时运行同一个方法时,如果其中有对某一个资源就行修改处理时,可能会存在先后操作的问题,使得逻辑不一致,程序运行的结果不时我们想要的。

线程如何加锁

这里只讲synchronized进行加锁,并且只进行使用原理的阐述,其他加锁方式使用另外的篇幅。

加锁是为了避免多个线程同时进行逻辑处理时,可能会有数据不一致等情况从而影响程序的逻辑的准确性。 所以我们可以使用一个对象,给该对象设置一个锁状态标记,其他线程要进行逻辑处理时需要把该状态设置成功才能正常进行,不然就阻塞挂起。 这里问题来了,如果是我们直接在代码中添加一个状态标志,那么多线程的情况下设置这个状态下可能还是会有同时处理的情况。

这里我们可以依赖java提供的synchronized关键字。

java内存布局和监视器锁

刚刚我们提到,可以给对象设置一个锁状态标记,其实vjm已经帮我们实现了,我们平常写的java对象经过编译字节码后,是会在内存中添加一个额外的信息的,这里就涉及到另一个概念,java对象的内存布局或者说java对象的数据结构。

当我们通过new关键字来新建一个对象时,jvm会在堆内存中开辟一块内存存储该对象实例,对象实例除了拥有我们自己定义的一些属性方法等,还会拥有额外的其他的信息。

分为三块:

对象头中会存储有hashcode,GC信息,锁标记等等。

实例数据就是我们自定义的各个字段和方法信息。

简单理解为虚拟机中存储一个对象约定对象大小为8字节的整数倍,所以如果不够的话会额外占用一点空间凑数。

好了,简单说到这里就ok了,这里可以看到对象在实际运行过程中拥有锁标记的,这里称为监视器锁,实际上对象头的锁信息会更多,这里只是简单概括一下。在程序中通过synchronize关键字进行加锁的话,jvm会帮助我们标记该对象是由那个线程占有了,并且保证其他线程不会再拥有,只有当线程释放了改对象的锁后才可以重新进行锁竞争。

同时synchorize关键词能保证操作的对象是直接从内存中获取的(内存可见性)。

使用方式如下:

public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {
        Task task = new Task();

        for (int i = 0; i< 50; i++) {
            new Thread(task).run();
        }

        System.out.println(task.getCount());
    }
}

class Task implements Runnable{
    private int count;

    private Object lock = new Object();

    public int getCount() {
        return count;
    }

    public void setCount(int count) {
        this.count = count;
    }

    @Override
    public void run() {
        int total = 0;
        while (++total <= 10000) {
            synchronized (lock) {
                count++;
            }
        }
    }
}

synchronized究竟锁了谁

synchronized关键字的语法规则是定义在代码块中或者在定义方法时。

刚刚我们提到,java对象头中有锁标记,所以下面的逻辑就是对lock这个对象进行锁竞争

while (++total <= 10000) {
    synchronized (lock) {
        count++;
    }
}

而如果我们synchronized是在方法中定义的话,则是对当前类的实例进行锁竞争,这里就是C1的实例对象,也即是C1 c1 = new C1()中的c1;而如果程序中还有C1 c11 = new C1()的定义,那么是分开竞争的。也即是同一个对象才进行锁竞争。

class C1{
    private int count;

    public synchronized void run() {
        int total = 0;
        while (++total <= 10000) {
           count++;
        }
    }
}

如果对象的方法是static的,那么进行锁竞争的是类对象,这个是jvm进行class字节码加载时生成的。

class C1{
    private int count;

    public static synchronized void run() {
        int total = 0;
        while (++total <= 10000) {
           count++;
        }
    }
}

至此,我们可以把监视器锁和synchronized关键字梳理了一遍。以上的重点信息是:java对象内存布局和监视器锁以及synchronized关键字的处理逻辑。如果需要深入可以对各个点进行往下研究。

线程的等待和唤醒

wait()方法

notify()方法

所以面试中会被问到wait和notify的作用,可以侧重的知识点是:

用一个生产者消费者模型来看看wait和notify的用法。生产者消费者模型可以简单理解为有一个容器,当里面没有数据时生产者会往里面添加数据,满了则暂停当前的工作等待消费者消费数据后通知他继续添加。

消费者会往里面拿数据,没有了数据则暂停工作等待生产者生产了数据并通知他继续消费。

public static void main(String[] args) {
        Object lock = new Object();
        AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
        Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock) {
                    while (true) {
                        //如果队列没有数据,调用wait()方法,阻塞自己
                        if (queue.isEmpty()) {
                            try {
                                System.out.println("消费者线程阻塞");
                                lock.wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }

                        //如果队列不为空,消费数据;如果线程被生产者通过notifyAll()方法唤醒后,线程重新获取到锁时是从这里执行的
                        System.out.println("消费者线程消费数据: " + queue.poll());
                        //消费者消费后,唤醒可能由于之前队列满了而主动阻塞自己的生产者
                        lock.notifyAll();

                    }

                }
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock) {
                    while (true) {
                        //如果队列数据满了,调用wait()方法,阻塞自己
                        if (queue.size() > 10) {
                            System.out.println("生产者线程阻塞");
                            try {
                                lock.wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }

                        //如果队列没有满,生产数据; 如果被其他线程唤醒,在下次获取到锁的时候生产数据
                        System.out.println("生产者线程生产数据");
                        queue.add(counter.incrementAndGet());

                        //队列有数据了,唤醒之前可能没有数据而主动祖寺啊自己的消费者
                        lock.notifyAll();
                    }

                }
            }
        }).start();

    }

总结

以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持脚本之家。

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