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并发王者课 - 青铜 7:顺藤摸瓜 - 如何从 synchronized 中的锁认识 Monitor

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秦二爷
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发布于: 2021 年 05 月 28 日

在前面的文章中,我们已经体验过 synchronized 的用法,并对锁的概念和原理做了简单的介绍。然而,你可能已经察觉到,有一个概念似乎总是和 synchronized这两个概念如影相随,很多人也比较喜欢问它们之间的区别,这个概念就是 Monitor,也叫监视器


所以,在讲解完 synchronized、锁之后,文本将为你讲解 Monitor,揭示它们之间那些公开的秘密,希望你不再迷惑。


首先,你要明白的是,Monitor 作为一种同步机制,它并非 Java 所特有,但 Java 实现了这一机制。


为了具象地理解 Monitor 这一抽象概念,我们先来分析身边的一个常见场景。

一、从医院排队就诊机制理解 Monitor

相信你一定有过去医院就诊的经历。我们去医院时,情况一般是这样的:


  • 首先,我们在门诊大厅前台或自助挂号机进行挂号

  • 随后,挂号结束后我们找到对应的诊室就诊

  • 诊室每次只能有一个患者就诊;

  • 如果此时诊室空闲,直接进入就诊;

  • 如果此时诊室内有患者正在就诊,那么我们进入候诊室,等待叫号;

  • 就诊结束后,走出就诊室,候诊室的下一位候诊患者进入就诊室。


这个就诊过程你一定耳熟能详,理解起来必然毫不费力气。我们做了一张图展示图下:



仔细看这幅图中的就诊过程,如果你理解了这个过程,你就理解了 Monitor. 这么简单吗?不要怀疑自己,是的。你竟然早已理解 Monitor 机制


不要小看这个机制,它可是生活中的智慧体现。在这个就诊机制中,它起到了两个关键性的作用


  • 互斥(mutual exclusion ):每次只允许一个患者进入候诊室就诊;

  • 协作(cooperation):就诊室中的患者就诊结束后,可以通知候诊区的下一位患者。


明白了吗?你在医院就诊的过程竟然和 Monitor 的机制几乎一模一样。我们换个方式来描述 Monitor 在计算机科学中的作用:


  • 互斥(mutual exclusion ):每次只允许一个线程进入临界区;

  • 协作(cooperation):当临界区的线程执行结束后满足特定条件时,可以通知其他的等待线程进入。


而就诊过程中的门诊大厅就诊室候诊室则恰好对应着 Monitor 中的三个关键概念。其中:


  • 门诊大厅:所有待进入的线程都必须先在**入口(Entry Set)**挂号才有资格;

  • 就诊室:一个每次只能有一个线程进入的特殊房间(Special Room)

  • 候诊室:就诊室繁忙时,进入等待区(Wait Set)


我们把上面的图稍作调整,就可以看到 Monitor 在 Java 中的模样:



对比来看,相信你已经很直观地理解 Monitor 机制。再一回味,你会发现 synchronized 正是对 Monitor 机制的一种实现。而在 Java 中,每一个对象都会关联一个监视器

二、从 synchronized 源码感受 Monitor

既然 synchronized 是对 Monitor 机制的一种实现,为了让你更有体感,我们可以写一段极简代码一探究竟。


这段代码极为简单,但是够用,我们在代码中使用了synchronized关键字:


public class SyncMonitorDemo {    public static void main(String[] args) {        Object o = new Object();        synchronized (o) {            System.out.println("locking...");        }    }}
复制代码


代码写好后,分别执行javac SyncMonitorDemo.javajavap -v SyncMonitorDemo.class,随后你就能得到下面这样的字节码:


Classfile SyncMonitorDemo.class  Last modified May 26, 2021; size 684 bytes  MD5 checksum e366920f22845e98c45f26531596d6cf  Compiled from "SyncMonitorDemo.java"public class cn.tao.king.juc.execises1.SyncMonitorDemo  minor version: 0  major version: 49  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPERConstant pool:   #1 = Methodref          #2.#22         // java/lang/Object."<init>":()V   #2 = Class              #23            // java/lang/Object   #3 = Fieldref           #24.#25        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;   #4 = String             #26            // locking...   #5 = Methodref          #27.#28        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V   #6 = Class              #29            // cn/tao/king/juc/execises1/SyncMonitorDemo   #7 = Utf8               <init>   #8 = Utf8               ()V   #9 = Utf8               Code  #10 = Utf8               LineNumberTable  #11 = Utf8               LocalVariableTable  #12 = Utf8               this  #13 = Utf8               Lcn/tao/king/juc/execises1/SyncMonitorDemo;  #14 = Utf8               main  #15 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V  #16 = Utf8               args  #17 = Utf8               [Ljava/lang/String;  #18 = Utf8               o  #19 = Utf8               Ljava/lang/Object;  #20 = Utf8               SourceFile  #21 = Utf8               SyncMonitorDemo.java  #22 = NameAndType        #7:#8          // "<init>":()V  #23 = Utf8               java/lang/Object  #24 = Class              #30            // java/lang/System  #25 = NameAndType        #31:#32        // out:Ljava/io/PrintStream;  #26 = Utf8               locking...  #27 = Class              #33            // java/io/PrintStream  #28 = NameAndType        #34:#35        // println:(Ljava/lang/String;)V  #29 = Utf8               cn/tao/king/juc/execises1/SyncMonitorDemo  #30 = Utf8               java/lang/System  #31 = Utf8               out  #32 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;  #33 = Utf8               java/io/PrintStream  #34 = Utf8               println  #35 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V{  public cn.tao.king.juc.execises1.SyncMonitorDemo();    descriptor: ()V    flags: ACC_PUBLIC    Code:      stack=1, locals=1, args_size=1         0: aload_0         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V         4: return      LineNumberTable:        line 3: 0      LocalVariableTable:        Start  Length  Slot  Name   Signature            0       5     0  this   Lcn/tao/king/juc/execises1/SyncMonitorDemo;
public static void main(java.lang.String[]); descriptor: ([Ljava/lang/String;)V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=2, locals=4, args_size=1 0: new #2 // class java/lang/Object 3: dup 4: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 7: astore_1 8: aload_1 9: dup 10: astore_2 11: monitorenter 12: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 15: ldc #4 // String locking... 17: invokevirtual #5 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 20: aload_2 21: monitorexit 22: goto 30 25: astore_3 26: aload_2 27: monitorexit 28: aload_3 29: athrow 30: return Exception table: from to target type 12 22 25 any 25 28 25 any LineNumberTable: line 5: 0 line 6: 8 line 7: 12 line 8: 20 line 9: 30 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 31 0 args [Ljava/lang/String; 8 23 1 o Ljava/lang/Object;}SourceFile: "SyncMonitorDemo.java"
复制代码


javap是 JDK 自带的一个反汇编命令。你可以忽略其他不必要的信息,直接在结果中找到下面这段代码:


11: monitorenter12: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;15: ldc           #4                  // String locking...17: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V20: aload_221: monitorexit
复制代码


看到monitorentermonitorexit指令,相信智慧的你已经看穿一切。


以上就是文本的全部内容,恭喜你又上了一颗星✨

夫子的试炼

  • 写一段包含synchronized关键字的代码,使用javap命令观察结果。

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