Synchronized實現原理

         1. 應用方式：

2. synchronized代碼塊底層原理

3. synchronized方法底層原理

---

1. 應用方式：

主要有以下3種應用方式：

• 修飾實例方法，作用於當前實例加鎖，進入同步代碼前要獲得當前實例的鎖
• 修飾靜態方法，作用於當前類對象加鎖，進入同步代碼前要獲得當前類對象的鎖
• 修飾代碼塊，指定加鎖對象，對給定對象加鎖，進入同步代碼庫前要獲得給定對象的鎖

2. synchronized代碼塊底層原理

定義一個synchronized修飾的同步代碼塊，在代碼塊中操作共享變量i，如下

public class SyncCodeBlock {

   public int i;

   public void syncTask(){
       //同步代碼塊
       synchronized (this){
           i++;
       }
   }
}

編譯上述代碼並使用javap反編譯後得到字節碼如下(這裏我們省略一部分沒有必要的信息)：

//===========主要看看syncTask方法實現================
  public void syncTask();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=3, locals=3, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: astore_1
         3: monitorenter  //注意此處，進入同步方法
         4: aload_0
         5: dup
         6: getfield      #2             // Field i:I
         9: iconst_1
        10: iadd
        11: putfield      #2            // Field i:I
        14: aload_1
        15: monitorexit   //注意此處，退出同步方法
        16: goto          24
        19: astore_2
        20: aload_1
        21: monitorexit //注意此處，退出同步方法
        22: aload_2
        23: athrow
        24: return
      Exception table:
      //省略其他字節碼.......
}
SourceFile: "SyncCodeBlock.java"

主要關注字節碼中的如下代碼

3: monitorenter  //進入同步方法
//..........省略其他  
15: monitorexit   //退出同步方法
16: goto          24
//省略其他.......
21: monitorexit //退出同步方法

從字節碼中可知同步語句塊的實現使用的是monitorenter 和 monitorexit 指令；

monitorenter指令

每個對象有一個監視器鎖（monitor）。當monitor被佔用時就會處於鎖定狀態，線程執行monitorenter指令時嘗試獲取monitor的所有權，過程如下：

1. 如果monitor的進入數爲0，則該線程進入monitor，然後將進入數設置爲1，該線程即爲monitor的所有者。
2. 如果線程已經佔有該monitor，只是重新進入，則進入monitor的進入數加1.
3. 如果其他線程已經佔用了monitor，則該線程進入阻塞狀態，直到monitor的進入數爲0，再重新嘗試獲取monitor的所有權。

monitorexit指令

執行monitorexit的線程必須是objectref（即對象鎖）所對應的monitor的所有者。

指令執行時，monitor的進入數減1，如果減1後進入數爲0，那線程退出monitor，不再是這個monitor的所有者。其他被這個monitor阻塞的線程可以嘗試去獲取這個 monitor 的所有權。

 

3. synchronized方法底層原理

方法級的同步是隱式，即無需通過字節碼指令來控制的，它實現在方法調用和返回操作之中。

JVM可以從方法常量池中的方法表結構(method_info Structure) 中的 ACC_SYNCHRONIZED 訪問標誌區分一個方法是否同步方法。

當方法調用時，調用指令將會 檢查方法的 ACC_SYNCHRONIZED訪問標誌是否被設置，如果設置了，執行線程將先持有monitor（虛擬機規範中用的是管程一詞），然後再執行方法，最後再方法完成(無論是正常完成還是非正常完成)時釋放monitor。在方法執行期間，執行線程持有了monitor，其他任何線程都無法再獲得同一個monitor。如果一個同步方法執行期間拋出了異常，並且在方法內部無法處理此異常，那這個同步方法所持有的monitor將在異常拋到同步方法之外時自動釋放。下面我們看看字節碼層面如何實現：

public class SyncMethod {

   public int i;

   public synchronized void syncTask(){
           i++;
   }
}

使用javap反編譯後的字節碼如下：

Classfile /***/src/main/java/com/zejian/concurrencys/SyncMethod.class
  Last modified 2017-6-2; size 308 bytes
  MD5 checksum f34075a8c059ea65e4cc2fa610e0cd94
  Compiled from "SyncMethod.java"
public class com.hc.concurrencys.SyncMethod
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool;

   //省略沒必要的字節碼
  //==================syncTask方法======================
  public synchronized void syncTask();
    descriptor: ()V
    //方法標識ACC_PUBLIC代表public修飾，ACC_SYNCHRONIZED指明該方法爲同步方法
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
    Code:
      stack=3, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: getfield      #2                  // Field i:I
         5: iconst_1
         6: iadd
         7: putfield      #2                  // Field i:I
        10: return
      LineNumberTable:
        line 12: 0
        line 13: 10
}
SourceFile: "SyncMethod.java"

 

參看：Synchronized及其實現原理、synchronized實現原理、http://cmsblogs.com/?p=2071