java 中 synchronized 关键字

1、synchronized 关键字简介

synchronized 是 java 中的一个关键字，在中文中为同步，也被称之为'同步锁',以此来达到多线程并发访问时候的并发安全问题，可以用来修饰代码块、非静态方法。静态方法等；修饰代码块时:给当前指定的对象加锁修饰非静态方法时:作用于当前实例加锁修饰静态方法时:作用于当前类对象加锁 synchronized 在 java 内存模型中的主要作用原子性:通过 monitorenter 和 monitorexit 指令,保证被 synchronized 修饰的代码在同一时间只能被一个线程访问，在锁未释放之前，无法被其他线程访问到可见性:保证共享变量的修改能够及时可见,对一个变量的 unlock 操作之前，必须把此变量同步回主内存中(store 和 write 操作)有序性:一个变量在同一时刻只允许一条线程对其执行 lock 操作，这条规则决定了持有同一个锁的两个同步块只能串行执行

2、synchronized 修饰代码块

当 synchronized 修饰代码块时，有以下几种情况

1、this 关键字

synchronized(this){   //互斥代码 }

这里的 this 就是等价于调用这个方法的对象，synchronized 锁的就是 this 这个对象的锁，若有多个对象调用方法，各个对象锁之间相互独立，互不影响

2、Class.class

synchronized(Test.class){     //互斥代码}

这里 synchronized 锁的对象为类锁，在需要类锁的代码不能同时执行，但是与非需要类锁的对象锁或者与没有加锁的代码可以同时执行用 synchronized 进行加锁时看获得锁是对象还是类的锁，还有的是 synchronized 锁住的是一个对象或者类（其实也是对象），而不是方法或者代码段。

3、synchronized 修饰实例方法

public  synchronized void method(){     //代码 }

当 synchronized 修饰实例方法时，锁的是该类的实例对象

4、synchronized 修饰静态方法

public synchronized static void method() {     // todo}

由于 static 静态方法是属于类的而不属于对象的，所以 synchronized 修饰的静态方法锁定的是这个类的所有对象

5、synchronized 的底层实现原理

在 java 内存模型中，synchronized 可以保证原子性、有序性、可见性，在这之前，先谈谈对象在 HotSpot 虚拟机中的分布，主要有三部:对象头（Header）、实例数据(Instance Data)和对象填充（Padding）

对象头

对象头主要包括两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据、如哈希码（HashCode）、GC 分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID、偏向时间戳等,官方称之为'Mark Word',还有一部分称之为类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例

存储内容标志位状态对象哈希码、对象分代年龄 01 未锁定指向锁记录的指针 00 轻量级锁定指向重量级锁的指针 10 膨胀（重量级锁定）空，不需要记录信息 11GC 标识偏向线程 ID、偏向时间戳、对象分代年龄 01 可偏向

实例数据

实例数据部分是对象真正存储的有效信息，即我们在程序代码里面所定义的各种类型的字段内容，无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的字段都必须记录起来。这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数(-XX: FieldsAllocationStyle) 和字段在 Java 源码中定义顺序的影响。

对齐填充

对齐填充并不是必然存在的，也没有特别的含义，仅仅只是起着占位符的作用，由于 HotSpot VM 的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是 8 字节的整数倍，就是对象的大小必须是 8 字节的整数倍，而对象头部分正好是 8 字节的倍数（1 倍或者 2 倍），因此，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。

原子性

synchronized 实现原子性底层是通过 JVM 来实现的，同一时间只能有一个线程去执行 synchronized 中的代码块；每一个对象都有一个监视器 monitor 来关联，监视器被占用时会被锁住，其他线程无法获取该 monitor,当 JVM 执行某个线程的的内部方法的 monitorenter,它会尝试去获取该对象的 monitor 的所有权，过程如下 1、若 monitor 的进入数为 0，线程可以进入 monitor,并将该 monitor 的进入数置为 1，那么该线程就成为 monitor 的所有者 2、若线程已拥有 monitor 的所有权，允许它重入 monitor，则进入 monitor 的进入数加 1（recursions：记录线程拥有锁的次数）3、若其他线程已经占有 monitor 的所有权，那么当前尝试获取 monitor 的所有权的线程会被阻塞，直到 monitor 的进入数变为 0，才能重新尝试获取 monitor 的所有权。monitorexit 指令 1、能执行 monitorexit 指令的线程一定是拥有当前对象的 monitor 的所有权的线程。2、当执行 monitorexit 时会将 monitor 的进入数减 1。当 monitor 的进入数减为 0 时，当前线程退出 monitor，不再拥有 monitor 的所有权，此时这个 monitor 阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权。

可见性

synchronized 通过内存屏障保证可见性，同样的我们知道 volatile 是通过内存屏障来保证可见性的，1、monitorenter 指令之后，synchronized 内部的共享变量，每次读取数据的时候被强制从主内存读取最新的数据。2、monitorexit 指令也具有 Store 屏障的作用，也就是让 synchronized 代码块内的共享变量，如果数据有变更的，强制刷新回主内存。数据修改之后立即刷新回主内存，其他线程进入 synchronized 代码块后，使用共享变量的时候强制读取主内存的数据。

有序性

同样的，synchronized 也是通过 monitorenter、monitorexit 指令嵌入上面的内存屏障,既具有加锁、释放锁的功能，同时也具有内存屏障的功能