深入JVM锁机制之一：synchronized("深入解析JVM锁机制：synchronized原理详解")

原创

ithorizon 7个月前 (10-20) 阅读数 18 #后端开发

深入解析JVM锁机制：synchronized原理详解

一、概述

在Java并发编程中，锁机制是保证线程保险的重要手段之一。synchronized关键字是Java提供的一种内置锁机制，它可以保证同一时刻只有一个线程可以执行某个方法或代码块。本文将深入解析JVM中synchronized的原理，帮助读者更好地领会其实现机制。

二、synchronized的基本使用

synchronized关键字可以用在方法或代码块上，以下是一个单纯的示例：


public class SynchronizedExample {
    public synchronized void method1() {
        // 同步方法
    }
    public void method2() {
        synchronized(this) {
            // 同步代码块
        }
    }
}

三、synchronized的底层实现

在JVM层面，synchronized的实现依赖性于对象监视器（Monitor）机制。Monitor可以领会为一个同步工具，每个Java对象都可以作为Monitor。当 Monitor 被占用时，其他线程无法进入这段代码区域。

四、synchronized的执行流程

当线程执行到synchronized代码时，会经历以下流程：

线程尝试获取对象监视器（Monitor）。

如果对象监视器没有被占用，则线程获得Monitor，并继续执行同步代码。

如果对象监视器已经被占用，则线程进入等待状态，等待Monitor释放。

当Monitor释放后，等待线程会重新尝试获取Monitor。

获取到Monitor的线程执行同步代码，完成后释放Monitor。

五、synchronized的优化

JVM对synchronized进行了优化，关键包括以下方面：

轻量级锁：当没有竞争时，使用轻量级锁避免使用重量级的操作系统互斥量。

偏向锁：当锁被一个线程多次获取时，偏向该线程，减少锁的开销。

自旋锁：当线程在等待锁释放时，不会立即阻塞，而是循环检查锁是否已经释放，以减少线程切换的开销。

六、轻量级锁的实现

轻量级锁的核心思想是，当没有竞争时，通过CAS操作避免使用重量级的操作系统互斥量。以下是一个单纯的示例：


public class LightWeightLock {
    private volatile int lock = 0;
    public void lock() {
        // 通过CAS操作尝试获取锁
        if (lock == 0) {
            lock = 1;
        } else {
            // 竞争失利，挂起线程
        }
    }
    public void unlock() {
        lock = 0;
    }
}

七、偏向锁的实现

偏向锁的核心思想是，当锁被一个线程多次获取时，偏向该线程，减少锁的开销。以下是一个单纯的示例：


public class BiasLock {
    private Thread owner = null;
    public void lock() {
        if (owner == null) {
            // 通过CAS操作设置锁的拥有者
            owner = Thread.currentThread();
        } else if (owner != Thread.currentThread()) {
            // 竞争失利，挂起线程
        }
    }
    public void unlock() {
        if (owner == Thread.currentThread()) {
            owner = null;
        }
    }
}

八、自旋锁的实现

自旋锁的核心思想是，当线程在等待锁释放时，不会立即阻塞，而是循环检查锁是否已经释放，以减少线程切换的开销。以下是一个单纯的示例：


public class SpinLock {
    private boolean isLocked = false;
    public void lock() {
        while (!isLocked) {
            // 循环检查锁是否释放
            isLocked = true;
        }
    }
    public void unlock() {
        isLocked = false;
    }
}