话说 synchronized
一、前言
说起 java 的锁呀，我们先想到的肯定是 synchronized[ˈsɪŋ krə naɪ zd]了 ，这个单词很拗口，会读这个单词在以后的面试中很加分（我面试过一些人 不会读 ，他们说的是 syn 开头那个单词），不会读略显不专业，不过问题不大，会用，懂原理才是最重要的。
内容会由简入难，有时候可以放弃一部分难的东西。 标记一下 回头再看 可能更加明朗
二、DEMO
废话不多说，先写 hello world !!
例子： 小强 和 小明 同居了，但是只有一个厕所，他们每天必做的事情就是抢坑位，那么用代码实现要怎么写呢 ？
/**
* @author 木子的昼夜
* <p>
* 人 实体类
*/
public class Person {
// 名字
private String name;
// 上厕所
public void gotoWc() {
Wc.useWc(this);
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
/**
* @author 木子的昼夜
*
* 厕所 实体类
*/
public class Wc {
/**
* 使用厕所方法
* @param p 使用厕所的人
*/
public static void useWc(Person p){
try{
System.out.println(p.getName()+" 正在使用厕所！！");
TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
System.out.println(p.getName()+" 用完了！！");
} catch (Exception e) {
// 厕所万一坏了 也得结束使用
System.out.println(p.getName()+" 用完了！！");
}
}
}
/**
* @author 木子的昼夜
* 这个测试 是小强与小明商量好了 说小强你先来 小强完事儿了 小明再来
* 这个不会发生冲突 因为是商量好的 顺序执行
* 大家都知道 顺序是不会出什么问题的
*/
public class SyncTest {
public static void main(String[] args) {
// 小强对象
Person xiaoqiang = new Person();
xiaoqiang.setName("小强");
// 小明对象
Person xiaoming = new Person();
xiaoming.setName("小明");
// 上厕所
xiaoqiang.gotoWc();
xiaoming.gotoWc();
}
}
复制代码
上厕所过程：
如果俩人没商量，自己去自己的呢 ？
/**
* @author 木子的昼夜
*/
public class SyncTest02 {
public static void main(String[] args) {
// 小强对象
Person xiaoqiang = new Person();
xiaoqiang.setName("小强");
// 小明对象
Person xiaoming = new Person();
xiaoming.setName("小明");
// 开启两个线程 谁也不理谁 自己干自己的
new Thread(()->xiaoqiang.gotoWc()).start();
new Thread(()->xiaoming.gotoWc()).start();
}
}
复制代码
上厕所过程：
上图很明显可以看出来，小强没上完呢，小明就去上了，要是小的还凑活，大的怎么办？ 画面自己想~~
这个时候大家可能想到了，厕所门上没锁吗？ 谁先进去锁住不就行了吗？
答对了！
/**
* @author 木子的昼夜
*
* 改造后 厕所 实体类
*/
public class Wc {
/**
* 使用厕所方法
* synchronized: 谁先进厕所 马上上锁 ！！
* @param p 使用厕所的人
*/
public static synchronized void useWc(Person p){
try{
System.out.println(p.getName()+" 正在使用厕所！！");
TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
System.out.println(p.getName()+" 用完了！！");
} catch (Exception e) {
// 厕所万一坏了 也得结束使用
System.out.println(p.getName()+" 用完了！！");
}
}
}
/**
* @author 木子的昼夜
*/
public class SyncTest02 {
public static void main(String[] args) {
// 小强对象
Person xiaoqiang = new Person();
xiaoqiang.setName("小强");
// 小明对象
Person xiaoming = new Person();
xiaoming.setName("小明");
// 开启两个线程 谁也不理谁 自己干自己的 但是这次厕所有锁，
// 谁先进去 就把锁锁住
new Thread(()->xiaoqiang.gotoWc()).start();
new Thread(()->xiaoming.gotoWc()).start();
}
}
复制代码
上厕所过程：
可以看到，小强先上完，小明再上的，这样就不会出什么问题了。
有人可能会问了，只见上锁，没有解锁，小明怎么进去的？
这就是 synchronized 的一个特性了，它会自动释放锁， synchronized 包裹的代码执行完之后，锁就自动释放了。
所以避免了忘记释放锁，带来的尴尬~
三、 假装学术讨论
3.1 为什么要上锁？
以厕所为例，自己想去吧。 提出：”共享资源“ 这个词就对了
3.2 对象锁 类锁
1） 对象锁 顾名思义 就是锁一个对象
/**
* @author 木子的昼夜
* 对象锁
*/
public class SyncObject {
/**
* 累加值 （共享资源）
*/
int count = 0;
/**
* 锁对象
*/
private Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) {
SyncObject so = new SyncObject();
// 线程1
new Thread(()->{
try {
for (;;){
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
so.increaseCount();
}
} catch (Exception e) {
System.err.println("错误");
}
},"线程1").start();
// 线程2
new Thread(()->{
try {
for (;;){
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
so.increaseCount();
}
} catch (Exception e) {
System.err.println("错误");
}
},"线程2").start();
}
/**
* count累加
*/
public void increaseCount(){
// 加锁
synchronized (lock){
count = count+1;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" count="+count);
}
}
}
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例子中：两个线程增加 count ，锁的是 lock 这个对象 ，这就叫对象锁 。
有时候会看见 synchronized(this) 这是什么锁 ？ this 嘛 就是指当前对象，也是对象锁，
synchronized(this) 相当于 在方法上加 synchronized,下边这两个方法都是锁的当前对象
/**
* count累加
*/
public void increaseCount(){
// 加锁
synchronized (this){
count = count+1;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" count="+count);
}
}
/**
* count累加 加锁
*/
public synchronized void increaseCount02(){
count = count+1;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" count="+count);
}
复制代码
2） 类锁 顾名思义 就是给一个类加锁
每个类 load 到内存之后呢，会生成一个 Class 类型的对象 锁的就是他
其实也是锁一个对象 只是这个对象比较特殊，它代表类
/**
* @author 木子的昼夜
* 对象锁
*/
public class SyncObject03 {
/**
* 累加值 （共享资源）
*/
static int count = 0;
/**
* 锁对象
*/
private Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) {
SyncObject03 so = new SyncObject03();
// 线程1
new Thread(()->{
for (;;){
SyncObject03.increaseCount();
}
},"线程1").start();
// 线程2
new Thread(()->{
for (;;){
SyncObject03.increaseCount();
}
},"线程2").start();
}
/**
* count累加
*/
public synchronized static void increaseCount(){
// 加锁
try {
count = count+1;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" count="+count);
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (Exception e){
System.err.println("错误~");
}
}
/**
* count累加
*/
public void increaseCount02(){
synchronized(SyncObject03.class){
// 加锁
try {
count = count+1;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" count="+count);
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (Exception e){
System.err.println("错误~");
}
}
}
}
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以上两种方式 都是类锁。
3.3 上锁方法执行的时候 可以执行当前对象未上锁方法吗？
这是一个用脚指头就能想到的答案，但是好多面试官问。 问了之后呢 你就蒙了~~ 难道不能？
答案是：能!
为什么能呢？因为爱所以爱 错了，重来 .. 因为能所以能
小明在吃饭，给碗上个锁，别人不能用， 那小明能同时看他的偶像邓紫棋唱歌吗 ？
谁要是说不可以，以后吃饭不让他玩手机、pad、电脑 。 就让他吃吃吃 （那是猪）
/**
* @author 木子的昼夜
* 可能出现的面试题
*/
public class SyncObject04 {
private Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
SyncObject04 so = new SyncObject04();
// 线程1
new Thread(()->{
so.increaseCount();
},"线程1").start();
Thread.sleep(2000);
// 线程2
new Thread(()->{
so.lookMv();
},"线程2").start();
}
/**
* 吃饭
*/
public void increaseCount(){
// 加锁
synchronized (this){
try{
System.out.println("吃饭 ");
// 也可以在吃饭这里 跟妹子聊天
chatWithGirl();
TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
} catch (Exception e) {
System.err.println("饭掉地上了~");
}
System.out.println("吃完饭 ");
}
}
/**
* 看演唱会视频
*/
public void lookMv(){
System.out.println("看演唱会视频");
}
/**
* 看跟美女聊天
*/
public void chatWithGirl(){
System.out.println("跟美女聊天");
}
}
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3.4 可重入
能一句话总结吗？
咳咳： 同一线程可以调用加了同一把锁的两个方法 不会阻塞。
例子：同一个人可以用同一双筷子（筷子加锁），吃不同的菜~~
吃鱼的时候获取了锁，在吃鱼方法里调用吃沙拉方法，是可以调用成功了 因为两个方法用的同一把锁
/**
* @author 木子的昼夜
*/
public class TestC {
/**
* 一双筷子 只能一个人同一时间使用（一个线程）
*/
Object chopsticks = new Object();
public static void main(String[] args) {
TestC c = new TestC();
new Thread(()->{
c.eatFish();
}).start();
}
/**
* 吃
*/
public void eatFish( ) {
synchronized (chopsticks) {
try {
System.out.println("吃 鱼");
Thread.sleep(2000);
eatSalad();
} catch (Exception e){ }
}
}
/**
* 吃沙拉
*/
public void eatSalad() {
synchronized (chopsticks) {
try {
System.out.println("吃 沙拉");
Thread.sleep(2000);
eatFish();
} catch (Exception e){ }
}
}
}
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3.5 底层实现
(1) 简单版
jdk1.6 之前 synchronized 是 重量级锁 什么是重量级锁? 就是每次锁都会去找操作系统申请锁。
jdk1.6 及以后改进为锁升级
简单思路是：
synchronized（object）
线程 A 第一个访问
偏向锁 只在 object 的 markword 中记录线程 A 的线程 ID
如果线程 A 又进来访问 一看 markword 的线程号是自己 那就直接用
这时候线程 B 来了 ，线程 B 一看我擦？ 有人占用了锁！
线程 B 会循环死等 ，类似在厕所门口，敲敲门问问线程 A 你好了吗？敲敲门问问线程 A 你好了吗？敲敲门问问线程 A 你好了吗？敲敲门问问线程 A 你好了吗？
线程 B 的这一操作，用术语将叫： 自旋锁
线程 B 问 10 次之后，得不到锁，就会升级为重量级锁 （去操作系统申请资源）
无锁->偏向锁->自旋锁->重量级锁
锁 一般 。。 只升级 不降级
（2)复杂版
##### CAS 简单叙述 了解入门
什么是 ABA 问题，假如你有媳妇儿，我说假如~ 以偷零花钱为例
https://www.processon.com/view/link/603c96ca07912913b4f2c55f
这是一个故事： 小强偷零花钱请小明吃饭的故事
ABA 就是：
小强媳妇儿 出门看的钱是 10 万 （A）
小强偷拿 1 万 剩余 9 万（B）
小强找小月借了 1 万 放回去 总共 10 万（A）
小强媳妇儿回来 一看是 10 万，很满意。 但是 她不知道 这是偷梁换柱啊
后来小强媳妇儿看了我的博客 ， 发现了秘密 ，她应该怎么解决呢 ？
关键字：version 版本号
她上班之前，在家里的存款上用笔写了一个版本，小强如果再偷钱，再还回来，这个版本就变了（+1）
这样就解决了 ABA 问题
2. 上锁过程
重度竞争： 耗时过长 自旋过多 wait 等
新建对象可能直接是匿名偏向 ( 如果默认开启了偏向锁) ，因为没有偏向任何一个线程，所以是匿名偏向
JVM 默认不开启 延迟 4 秒后才会开启 偏向锁
3. new 一个对象 长什么样 ？ markword 是啥
1. 查看工具 ： JOL (Java Object Layout )
直接 maven 引入就可以使用了
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
<artifactId>jol-core</artifactId>
<version>0.9</version>
</dependency>
</dependencies>
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/**
* @author 木子的昼夜
*/
public class Person {
long money;
public long getMoney() {
return money;
}
public void setMoney(long money) {
this.money = money;
}
}
/**
* @author 木子的昼夜
*/
public class JolTest {
public static void main(String[] args) {
Person p = new Person();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(p).toPrintable());
}
}
// 输出结果
Person object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE
0 4 (object header) 01 00 00 00
4 4 (object header) 00 00 00 00
8 4 (object header) 43 c1 00 f8
12 4 (alignment/padding gap)
16 8 long Person.money 0
Instance size: 24 bytes
Space losses: 4 bytes internal + 0 bytes external = 4 bytes total
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咦？ 不是要写 synchronized 吗 ？
2. markword
我给对象 p 加锁，然后输出 layout 可以发现 markword 改变了
所以呢~~ 锁信息 是记录再 markword 中的
/**
* @author 木子的昼夜
*/
public class JolTest {
public static void main(String[] args) {
Person p = new Person();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(p).toPrintable());
synchronized (p) {
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(p).toPrintable());
}
}
}
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markword 这么厉害吗? 不 ！ 它还能更厉害 。 我们看一下 它里边都记录了一些什么信息
先暂时看最后 3bit 其他 不是很了解 这个时候可以对比上边 layout 的输出 看一下
刚开始是 01 加锁之后变成了 00 （没有开启偏向锁 直接到轻量级锁）
先看最后 2bit:
00:轻量级锁 自旋锁
自旋锁，耗 CPU 资源 是在用户态操作 不关联内核态
两个线程 争着把自己的 Lock Record 放到 markword 中
谁先放进去，谁先获得锁，另一个人接着 cas 去放
Lock Record 指向的是什么呢 是无锁状态的 markword
这就解释了 为什么 hashcode 不丢失的问题 因为有备份记录
这里锁重入： 上边提到了，锁重入 ，锁每进一次，都会加一个 LR 从第二个 LR 开始 指向的就是一个 null
等锁退出 也就是 monitorexit（锁代码块执行完 或 抛异常）的时候 LR -1 ,LR -1 ,LR -1 一直减 ，退一次减一次
10:重量级锁
向 OS 申请锁，进了内核态 ， c++ 新建了一个 object monitor 对象 markword 中放的就是这个 指针 （java 中就是个地址或者是 ID ）
重量级锁，都在一个队列里等着，比较不消耗 CPU 资源
可重入锁： 重量级是记录再 object moniter 的某个属性上
什么时候自旋上升为重量级锁：
1. 自旋次数超过 10 次 或者 自旋的线程数超过 CPU 的一半
2. jdk1.6 之前 -XX:PreBlockSpin 可以调整 自旋超过多少次升级
3. jdk1.6 之后加入了自适应 Adapative Self Sping JVM 自己个儿控制
11:GC 回收标记
01: 再看倒数第三位
001：无锁
101：偏向锁 放线程 ID ， c++实现是用的指针
3. synchronized 编译成字节码 会有两个单词 monitorenter monitorexit
什么时候 monitorexit 呢 ， 代码执行完 ，或者是异常发生 这就是 synchronized 自动释放锁的原理
4. 为什么有自旋锁还需要重量级锁
(1) 自旋是消耗 CPU 资源的，如果锁的时间长，或者自旋线程多，CPU 会被大量消耗
(2) 重量级锁有等待队列，所有拿不到锁的进入等待队列，不需要消耗 CPU 资源
5. 偏向锁是否一定比自旋锁效率高？
(1)不一定 当你知道肯定存在多线程竞争的时候，偏向锁会涉及锁撤销，这时候自旋锁会比较好一点
(2) JVM 启动过程就会很很多线程竞争，所以默认不开启偏向锁，过一段时间才会开启
(3) -XX:BiasedLockingStartupDelay = 0 默认是 4 秒
最后附上自己的微信公众号 刚开始做 愿一起进步：
注意： 以上文字 仅代表个人观点，仅供参考，如有问题还请指出，立即马上连滚带爬的从被窝里出来改正。
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