Java中的锁[原理、锁优化、CAS、AQS]

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：综合

编程

1、为什么要用锁？

锁：是为了解决并发操作引起的脏读，导致的数据不一致性的问题

2、锁实现的基本原理

2.1、volatile

JAVA编程语言允许线程访问共享变量，为了确保共享变量能被准确和一致地更新，线程应该确保通过排它锁单独获取这个变量。Java语言提供了volatile，在某些情况下比锁要更加的方便。

volatile在多处理器开发中保证了共享变量的“可见性”。可见性的意思是当一个线程修改一个共享变量时，另外一个线程能够读到这个修改的值。


结论：如果volatile变量修饰符使用恰当的话，它比synchronized的使用和执行成本更低，因为他不会引起线程的上下文的切换和调度。

2.2、synchronized

synchronized通过锁机制实现同步。

先来看下利用synchronized实现同步的基础：JAVA中的每个对象都可以作为锁。

具体表现为以下3种形式：

  • 对于普通同步方法，锁是当前实例对象。

  • 对于静态同步方法，锁是当前类的Class对象。

  • 对于同步方法块，锁是Synchronized括号里的配置对象。

    当一个线程试图访问同步代码块时，它首先必须获取锁，退出或抛出异常时必须释放锁。

2.2.1 synchronized实现原理

synchronized是基于Monitor来实现同步的。

Monitor从两个方面来支持线程之间的同步：

  • 互斥执行

  • 协作

  1. JAVA使用对象锁（使用Synchronized获取对象锁）保证工作在共享的数据集上的线程互斥执行。

  2. 使用 notify/notifyAll/wait 方法来协同不同线程之间的工作。

  3. Class和Object都关联了一个Monitor。


    Monitor 的工作原理：

    线程进入同步方法中，为了继续执行临界区的代码，线程必须获取Monitor锁。如果获取锁成功，将成为该监视者对象的拥有者。任意时刻内，监视者对象只属于一个活动线程（The Owner），拥有监视者对象的线程可以调用wait( )进入等待集合（Wait Set）,同时释放监视锁，进入等待状态。

    其他线程调用notify( )/notifyAll( )接口唤醒等待集合中的线程，这些等待的线程需要重新获取监视锁后才能执行wait( )之后的代码。

    同步方法执行完毕了，线程退出临界区，并释放监视锁。

    参考文档：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-synchronized

2.2.2 synchronized 具体实现

1、同步代码块采用monitorenter、monitorexit指令显式的实现。

2、同步方法则使用ACC_SYNCHRONIZED标记符隐式的实现。

通过实例来看看具体实现：

public class SynchronizedTest {
	public synchronized void method1( ) {
		System.out.println("hello world !");
	}
	public void method2( ) {
		synchronized( this ) {
			System.out.println("hello world ! ");
		}
	}
}

JAVA编译后的字节码如下：


monitorenter

每一个对象都有一个monitor，一个monitor只能被一个线程拥有。当一个线程执行到monitorenter指令时会尝试获取相应的对象的monitor，获取规则如下：

如果monitor的进入数为0，则该进程可以进入monitor，并将monitor进入数设置为1，该线程即为monitor的拥有者。

如果当前线程已经拥有monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1，所以synchronized关键字实现的锁是可重入的锁。

如果monitor已经被其他的线程拥有，则当前线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor。

monitorexit

只有拥有相应对象的monitor的线程才能执行monitorexit指令。每执行一次该指令monitor进入数减1，当进入数为0时当前线程释放monitor，此时其他阻塞县城将可以尝试获取该monitor。

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