深入理解Java Synchronized:基础、进阶与JVM优化
本文是一篇深度解析Java中`synchronized`关键字的长篇文章,适合对并发编程有一定了解但对底层实现感兴趣的读者阅读。文章分为两个主要部分:synchronized基础和synchronized进阶。 一、synchronized基础 1.1 synchronized的使用: `synchronized`关键字在Java中用于同步代码块或方法,以保证并发访问的线程安全。它通过锁定特定的监视器(锁)来实现。对于实例方法,synchronized锁定的是当前实例对象(即方法调用者);静态方法则锁定类的class对象。代码块使用`this`关键字锁定当前实例对象,而静态代码块锁定类的class对象。 1.2 特点: `synchronized`提供了原子性(保证在同一时刻只有一个线程执行)、可见性(新修改的共享变量对其他线程可见)和有序性(按照编译顺序执行)。它是Java中最基本的并发控制机制,适用于大部分并发场景。 二、synchronized进阶 2.1 对象头: Java对象头包含了锁状态信息,包括偏向锁、轻量级锁和重量级锁等不同类型的锁信息。这些锁状态直接影响了锁的获取和释放过程。 2.2 同步实现原理: Java 1.6引入了两种优化:偏向锁和轻量级锁。偏向锁是一种低开销的锁模式,当一个线程频繁访问一个对象时,会偏向于这个对象,直到其他线程竞争时才会升级到轻量级锁或重量级锁。轻量级锁则是基于CAS(Compare and Swap)操作,避免了传统的偏向锁带来的缓存失效问题。 2.3 锁升级与释放: - 倾向锁的撤销和关闭:当多个线程竞争同一对象时,偏向锁会被撤销,转为轻量级锁,然后可能升级为重量级锁。关闭偏向锁是为了处理极端情况下的死锁。 - 轻量级锁的加锁和解锁:在轻量级锁阶段,如果锁竞争激烈,可能会触发锁膨胀,最终变为重量级锁。解锁则遵循一定的条件,例如持有锁的线程被中断或执行完代码块。 2.4 JVM的monitor实现: JVM中的monitor(也称为监视器锁)是实现`synchronized`的关键部分。线程获取锁的过程涉及monitor的获取和释放,如通过`wait()`、`notify()`和`notifyAll()`方法进行线程间的协作。 文章通过实例演示和理论阐述,深入剖析了`synchronized`在并发环境中的行为,从基础概念到高级特性,再到JVM内部的实现机制,为读者提供了全面理解Java并发控制的视角。阅读本文可以帮助读者更深入地掌握synchronized关键字在实际编程中的运用及其背后的复杂性。
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