Java并发编程专题系列之深入分析synchronized（基础篇）

synchronized同步关键字简介

synchronized是属于JVM层面的一个关键字，底层是通过一个monitor对象(管程对象)来完成，由于wait()/notify()等方法也依赖于monitor对象，所以只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法

synchronized同步代码块底层实现

• synchronized同步语句块的实现使用monitorenter和 monitorexit 指令。
  • monitorenter：指令指向同步代码块的开始位置
  • monitorexit：指令则指明同步代码块的结束位置

synchronized获取锁

• 当执行monitorenter指令时，当前线程将试图获取 objectref(即对象锁) 所对应的 monitor的持有权，当 objectref的monitor 的进入计数器**为0，那线程可以成功取得 monitor，并将计数器值设置为 1，取锁成功。

• 如果当前线程已经拥有 objectref 的 monitor 的持有权，那它可以重入这个 monitor (关于重入性稍后会分析)，重入时计数器的值也会加 1。

• 倘若其他线程已经拥有objectref 的 monitor 的所有权，那当前线程将被阻塞，直到正在执行线程执行完毕，即monitorexit指令被执行，执行线程将释放monitor(锁)并设置计数器值为0，其他线程将有机会持有 monitor ;**

为了保证在方法异常完成时 monitorenter 和 monitorexit 指令依然可以正确配对执行,编译器会自动产生一个异常处理器，这个异常处理器声明可处理所有的异常，它的目的就是用来执行 monitorexit 指令。

从字节码中也可以看出多了一个monitorexit指令，它就是异常结束时被执行的释放monitor的指令;

monitorenter(进入管程对象)

每个对象有一个管程对象(monitor)，当monitor被占用时就会处于锁定状态;线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权,过程如下:

1. 如果monitor的进入计数器为0,则该线程进入monitor,然后将进入计数器设置为1,该线程即为monitor的所有者;

2. 如果线程已经之前占用了该monitor,本次只是重新进入,则将monitor的进入计数器加1;

3. 如果其他线程已经占用了monitor,则该线程进入阻塞状态,直到monitor的进入计数器为0,再重新尝试获取monitor的所有权;

monitorexit(退出管程对象)

• 执行monitorexit的线程必须是objectref(即对象锁)所对应的monitor的所有者;

• 指令执行时,monitor的进入计数器减1，如果减1后进入计数器为0，那线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权.

同步方法中synchronized底层实现

方法级的同步是隐式，即无需通过字节码指令(monitorenter和monitorexit)来控制的。 它实现在方法调用和返回操作之中。

• JVM可以从方法常量池中的方法表结构(method_info Structure) 中的ACC_SYNCHRONIZED访问标志区分一个方法是否同步方法。

• 当方法调用时，调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程将先持有monitor（虚拟机规范中用的是管程一词）。

• 然后再执行方法，最后在方法完成(无论是正常完成还是非正常完成)时释放monitor。

在方法执行期间，执行线程持有了monitor，其他任何线程都无法再获得同一个monitor。如果一个同步方法执行期间抛出了异常，并且在方法内部无法处理此异常，那这个同步方法所持有的monitor将在异常抛到同步方法之外时自动释放。