【多线程】synchronized 原理

àì夳堔傛蜴生んèń 2024-03-24 13:47 64阅读 0赞

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## 1. 写在前面 ##

本章节主要介绍 synchronized 的一些内部优化机制，这些机制存在的目的呢就是让 synchronized 这把锁更高效更好用！

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## 2. 锁升级/锁膨胀 ##

JVM 将 synchronized 锁分为以下四种状态：

**无锁，偏向锁，轻量级锁，重量级锁**

在 synchronized 进行加锁的时候，首先会进入到偏向锁的状态，偏向锁不是真正的加锁，而是占个位置，有需要再加锁，没有需要就不加锁，这样一来则减少了加锁解锁的开销，一旦在使用过程中，另一个线程也尝试加锁，那么在另一个线程加锁前，持有偏向锁状态的线程会迅速的把偏向锁升级为真正的加锁状态。

如果在使用过程中，没有其他线程尝试加锁，也就是没有出现锁竞争，那么在 synchronized 执行完后，取消偏向锁即可。

当 synchronized 发生锁竞争时，就会从偏向锁升级成轻量级锁，此时 synchronized 相当于是通过自旋的方式来进行加锁的。

升级成轻量级锁后，如果其他线程很快的释放锁，自旋的方式是很划算的，如果迟迟拿不到锁，一直自旋占用 CPU 资源其实并不划算，而 synchronized 并不是无休止的自旋，自旋到一定程度，发现还是获取不到锁，就会再次升级成重量级锁(挂起等待锁)。

在 synchronized 内部的自旋循环中，有一个计数器，记录循环了多少次，循环多久了，达到一定程度就会执行重量级锁的逻辑，如果线程进行了重量级加锁，并且发生了锁竞争，此时未获取到锁的线程就会被放入阻塞队列中，暂时不参与 CPU 调度了，直到锁释放，才有机会被调度到，才有机会获取到锁。

**注意：在 JVM 主流实现中，没有锁降级，当前锁只能升级，只要指定的锁对象，已经被升级了，就回不了头了！**

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## 3. 锁消除 ##

锁消除是由编译器智能判定的，看当前的代码是否有必要加锁，如果当前的场景不需要加锁，程序猿加了也是白加，编译器就会自动把锁给消除掉。

比如 StringBuffer 很多关键方法都带有 synchronized，但是如果在单线程中使用 StringBuffer，此时加锁与不加锁完全没有任何区别，而且加锁还有更多的开销，于是编译器就会把这些加锁操作给自动取消了，这就是锁消除机制。

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## 4. 锁粗化 ##

这里就涉及到一个术语，锁的粒度。

锁的粒度：synchronized 包含的代码越多，粒度就越粗，包含的代码越少，粒度就越细。

举个例子：

public void test() {
        synchronized (this) {
            // 10w 行代码...
            // ...
        }
    }

这里的写法就相当夸张了，开发中基本不存在，但这样显而易见一个 synchronized 包裹的代码块中有 10w 行代码，这里的粒度是非常粗的，我们要尽量避免这种情况，在通常情况下，锁的粒度越小是越好的。

因为加锁部分的代码是不能并发执行的，粒度越细，能并发的代码就越多了。

但是在有些情况下，锁的粒度真的越细越好吗？其实也不一定，比如：

public void test() {
        synchronized (this) {
            // 10 行代码...
        }
        // 2 行代码...
        synchronized (this) {
            // 10 行代码...
        }
        // 2 行代码...
        synchronized (this) {
            // 10 行代码...
        }
    }

此时两次相邻加锁之间，间隙非常少，此时还不如用一个 synchronized 包裹起来！

为什么，因为加锁解锁也是有开销的！

这里试想一下，有一天领导给你安排了三个任务，领导要求你做完后打电话进行汇报。

**做法1：**

每当完成一个任务就打电话给领导汇报一次：

第一次打电话：领导，我任务一完成了

第二次打电话：领导，我任务二完成了

第三次打电话：对不起，您拨打的电话正在通话中，请稍后再拨...

最后领导不耐烦，你被炒鱿鱼了。

**做法2：**

把三个任务都完成了，一次性跟领导汇：

打电话：领导，我任务一，二，三都完成了！领导：小伙子不错啊！