Это твоя Йида, это твоя синхронизация

1. Введение

Ключевое слово synchronized — это самый простой метод синхронизации в Java. После компиляции он генерирует инструкции байт-кода monitorenter и monitorexit до и после блока синхронизации. Обе эти инструкции байт-кода требуют параметра ссылочного типа для указания желаемых заблокированных и разблокированных объектов. .

Во-вторых, проблема

1. Синхронизированные функции?
2. Принцип реализации синхронизирован?
3. Является ли синхронизированный реентерабельным?
4. Является ли синхронизированным честная блокировка?
5. Синхронная оптимизация?
6. Пять способов использования синхронизированы?

3. Принцип реализации

В модели памяти Java есть две инструкции:lockиunlock.

• lock, блокировка, действующая на переменную в основной памяти, идентифицирует переменную в основной памяти как исключительное состояние потока.
• unlock, Unlock, воздействуя на переменные в основной памяти, освобождает заблокированные переменные, а освобожденные переменные могут быть заблокированы другими потоками.

Однако эти две инструкции не предоставляются пользователям напрямую, а представляют собой две инструкции более высокого уровня.monitorenter иmonitorexit использовать неявноlock иunlock инструкция.

иsynchronizedэто использоватьmonitorenter иmonitorexit Эти две инструкции реализованы. Согласно требованиям спецификации JVM, при выполненииmonitorenterПри выполнении инструкции сначала попытаться получить блокировку объекта.Если объект не заблокирован, или текущий поток уже владеет блокировкой объекта, счетчик блокировки увеличивается на 1, и соответственно при выполненииmonitorexitКогда счетчик уменьшается на 1, когда счетчик уменьшается до 0, блокировка снимается.

Давайте перейдем к последнему фрагменту кода и посмотрим, как выглядит скомпилированный байт-код для изучения:

public class SynchronizedTest {

    public static void sync() {
        synchronized (SynchronizedTest.class) {
            synchronized (SynchronizedTest.class) {
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

    }
}

Наш код очень прост, просто дважды добавьте объект SynchronizedTest.class.synchronized, кроме этого, ничего не сделал.

Инструкции байт-кода скомпилированного метода sync() выглядят следующим образом и специально прокомментированы для удобства чтения:

// 加载常量池中的SynchronizedTest类对象到操作数栈中
0 ldc #2 <com coolcoding code synchronize synchronizedtest>
// 复制栈顶元素
2 dup
// 存储一个引用到本地变量0中，后面的0表示第几个变量
3 astore_0
// 调用monitorenter，它的参数变量0，也就是上面的SynchronizedTest类对象
4 monitorenter
// 再次加载常量池中的SynchronizedTest类对象到操作数栈中
5 ldc #2 <com coolcoding code synchronize synchronizedtest>
// 复制栈顶元素
7 dup
// 存储一个引用到本地变量1中
8 astore_1
// 再次调用monitorenter，它的参数是变量1，也还是SynchronizedTest类对象
9 monitorenter
// 从本地变量表中加载第1个变量
10 aload_1
// 调用monitorexit解锁，它的参数是上面加载的变量1
11 monitorexit
// 跳到第20行
12 goto 20 (+8)
15 astore_2
16 aload_1
17 monitorexit
18 aload_2
19 athrow
// 从本地变量表中加载第0个变量
20 aload_0
// 调用monitorexit解锁，它的参数是上面加载的变量0
21 monitorexit
// 跳到第30行
22 goto 30 (+8)
25 astore_3
26 aload_0
27 monitorexit
28 aload_3
29 athrow
// 方法返回，结束
30 return

Согласно этому комментарию, байт-код относительно прост. Наш синхронизированный блокирует объект класса SynchronizedTest. Вы можете видеть, что он дважды загружает объект класса SynchronizedTest из пула констант и сохраняет их в локальной переменной 0 и локальной переменной 1 соответственно. это разблокировано, это в обратном порядке.Сначала разблокируйте переменную 1, а затем разблокируйте переменную 0. На самом деле переменная 0 и переменная 1 указывают на один и тот же объект, поэтому синхронизация является реентерабельной.

Что касается того, как заблокированный объект хранится в заголовке объекта, я не буду здесь вдаваться в подробности, если вам интересно, вы можете прочитать книгу «Искусство параллельного программирования на Java».

4. Атомарность | Видимость | Порядок

Когда мы ранее объясняли модель памяти Java, мы сказали, что модель памяти в основном используется для решения проблемы согласованности кэша, а согласованность кэша в основном включает в себя атомарность, видимость и упорядоченность.

Так,synchronizedГарантирует ли ключевое слово эти три свойства?

Вернемся к модели памяти Java.synchronizedБазовое ключевое слово передается черезmonitorenterиmonitorexitреализуется, и эти две инструкции реализуютсяlockиunlockбыть реализованным.

По правилам (1) (2) и (4) мы знаем, что каждый разlockиunlockКогда переменная загружается из основной памяти или сбрасывается обратно в основную память,lockиunlockПеременная между (здесь относится к заблокированной переменной) не будет изменяться другими потоками, поэтомуsynchronizedвидно.

Благодаря правилам (1) и (3) мы знаем, что все блокировки переменных должны быть поставлены в очередь, а другим потокам не разрешено разблокировать объекты, заблокированные текущим потоком, поэтомуsynchronizedупорядочен.

В итоге,synchronizedАтомарность, видимость и упорядоченность гарантируются.

5. Справедливая блокировка против несправедливой блокировки

Благодаря приведенному выше обучению мы знаем принцип реализации синхронизированного, и он является реентерабельным, тогда является ли это справедливой блокировкой? Следующий код:

public class SynchronizedTest {

    public static void sync(String tips) {
        synchronized (SynchronizedTest.class) {
            System.out.println(tips);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(()->sync("线程1")).start();
        Thread.sleep(100);
        new Thread(()->sync("线程2")).start();
        Thread.sleep(100);
        new Thread(()->sync("线程3")).start();
        Thread.sleep(100);
        new Thread(()->sync("线程4")).start();
    }
}

В этой программе мы запускаем четыре потока и запускаем их с интервалом в 100 мс.Каждый поток печатает предложение и ждет 1000 мс.Если синхронизация является справедливой блокировкой, напечатанные результаты должны быть потоком 1, 2, 3, 4.

Однако результаты фактической операции вряд ли будут выглядеть так, как указано выше, поэтому синхронизация является несправедливой блокировкой.

Шесть, оптимизация блокировки

Java постоянно развивается, и аналогично развиваются такие древние вещи, как синхронизация в Java.Например, ConcurrentHashMap был еще заблокирован ReentrantLock в jdk7, а в jdk8 заменен нативной синхронизацией.Видно, что синхронизировано с нативной поддержкой , ему еще есть куда развиваться.

Итак, каковы эволюционирующие состояния синхронизированного?

Давайте кратко представим это здесь:

Семь, пять способов использования синхронизированных

Благодаря приведенному выше анализу мы знаем, что для synchronized требуется параметр ссылочного типа, и параметры этого ссылочного типа фактически можно разделить на три категории в Java: объекты класса, объекты экземпляра и обычные ссылки, которые используются следующим образом:

public class SynchronizedTest2 {

    public static final Object lock = new Object();

    // 锁的是SynchronizedTest.class对象
    public static synchronized void sync1() {

    }

    public static void sync2() {
        // 锁的是SynchronizedTest.class对象
        synchronized (SynchronizedTest.class) {

        }
    }

    // 锁的是当前实例this
    public synchronized void sync3() {

    }

    public void sync4() {
        // 锁的是当前实例this
        synchronized (this) {

        }
    }

    public void sync5() {
        // 锁的是指定对象lock
        synchronized (lock) {

        }
    }
}

При использовании synchronized в методе следует учитывать, что неявно передаются параметры, которые делятся на статические методы и нестатические методы.Неявный параметр в статическом методе — это текущий объект класса, а неявный параметр в не- статический метод — это текущий экземпляр this.

Кроме того, множественные синхронизированные блокируют только один и тот же объект, а код между ними синхронизируется, на это необходимо обращать внимание при использовании синхронизированных.