淺談Java内部鎖synchronized

了解Java的朋友們都知道jdk提供的用于保證線程安全的鎖有兩類：内部鎖synchronized和顯示鎖Lock，本文對内部鎖synchronized做一些簡要的分析彙總。

内部鎖的使用範式

1.同步執行個體方法

int count;
    synchronized void syncA() {
        count++;
    }           

等效于：

int count;
    void syncA() {
        synchronized (this) {
            count++;
        }
    }           

上述兩個等效的同步執行個體方法都是同步在this目前對象。

2.同步靜态方法(類方法)

public class Foo {
    static int classCount;
    static synchronized void syncB() {
        classCount++;
    }
}           

等效于：

public class Foo {
    static int classCount;
    static void syncB() {
        synchronized (Foo.class) {
            classCount++;
        }
    }
}           

上述兩個同步的類方法都是同步在類對象Foo.class上面，類對象也是對象。

實際中我們也會經常這樣使用：

private final Object lock = new Object();
    
    int count;
    void syncA() {
        synchronized (lock) {
            count++;
        }
    }
           

作為鎖對象（鎖句柄）使用的lock最好要聲明為不可變對象，因為對多個線程來說，隻有同步在相同的鎖(同一把鎖)上才有意義，才能保證共享資料的安全。

内部鎖的特點

1. 是互斥的，
2. 是可重入的
3. 是非公平的

互斥是指鎖一次隻能被一個線程持有：

内部鎖互斥

可重入是指一個線程持有鎖A，那麼它還可以繼續執行被鎖A保護的其它方法(代碼)：

public class Foo2 {

    private static final Object lock = new Object();

    static void syncA() {
        synchronized (lock) {
            System.out.println("syncA: do something");
            syncB();
        }
    }

    static void syncB() {
        synchronized (lock) {
            System.out.println("syncB: do something");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        syncA();
    }

}           

執行main方法可看到如下輸出;

内部鎖是可重入的

内部鎖的可重入是由JVM實作的，在對象頭中會記錄重入的次數，重入時隻需加1即可，無需再次走申請鎖的耗費資源的流程。

非公平是指多個線程在搶占鎖時JVM并不會保證線程先來後到的順序，非公平性可以提升吞吐量，因為少了維護線程順序的開銷.

内部鎖的簡要原理

内部鎖synchronized在JVM中的實作被稱為monitor，即螢幕，是以也叫螢幕鎖。對應的位元組碼指令為：

monitorenter：配置設定鎖

monitorexit：釋放鎖

synchronized對應的位元組碼指令monitorenter和monitorexit總是成對出現（申請到鎖就能釋放鎖），是以你在代碼中使用synchronized無需手動釋放鎖，釋放鎖由JVM保證。如下簡單的代碼

public class Foo {

    private static final Object lock = new Object();
    static int count;

    static void syncA() {
        synchronized (lock) {
            count++;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        syncA();
        System.out.println(count);
    }
}           

方法syncA的位元組碼指令：

内部鎖的位元組碼指令

官方對monitor的描述：Java中每一個對象都有monitor

内部鎖的monitor模型

這也就回答了為什麼Object類中會有wait/notify/notifyAll等方法

内部鎖的優化和細分類型

内部鎖在代碼層面對應的是synchronized關鍵字，從Java7開始JVM已經開始對synchronized進行優化，并不會像早期實作中直接進入重量級鎖模式。JVM對内部鎖的優化有：

1. 支援鎖消除，即無鎖（JIT編譯器利用逃逸分析和内聯優化進行運作時的優化處理）
2. 支援偏向鎖，對象頭中有記錄目前鎖是否是偏向鎖及偏向線程的id
3. 支援鎖自适應，搶鎖的線程可以自旋也可以直接更新為重量級鎖

内部鎖的優化細分類型