java 多线程请求redis java多线程synchronized

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feiry 2023-07-19 21:11:55

文章标签 java 多线程请求redis java 同步方法共享数据 文章分类 Java 后端开发

一、概述
synchronized关键字是java应用中解决线程安全必不可少的，线程安全是并发编程中的重要关注点，造成线程不安全的诱因实质就是共享数据，以及多线程操作共享数据，为了解决多线程操作共享数据的问题，需要保证在同一时刻只有一个线程可以操作共享数据，其它线程处于等待状态，只有操作共享数据的线程执行结束，其他线程才可以进行，这种关系就是互斥锁，需要用到synchronized关键字， synchronized可以保证在同一个时刻，只有一个线程可以执行某个方法或者某个代码块(主要是对方法或者代码块中存在共享数据的操作)，同时我们还应该注意到synchronized另外一个重要的作用，synchronized可保证一个线程的变化(主要是共享数据的变化)被其他线程所看到（保证可见性，完全可以替代Volatile功能）

二、synchronized的使用

修饰实例方法，对当前实例对象加锁。
修饰静态方法，对当前类的class对象加锁。
修饰代码块，对当前代码块的对象加锁。

2.1、synchronized的作用于实例方法

/**
 * @author: hs
 * @Date: 2019/12/25 09:52
 * @Description: 
 */
public class SyncInstance implements Runnable {
	//共享资源
    static int i = 0;

    public synchronized void add() {
        for (int j = 0; j < 1000000000; j++) {
            i++;
        }
    }
    @Override
    public void run() {
        add();
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    	//此处切记不可以new两个SyncInstance对象分别给到两个线程，
    	//这样的话就是两个不同的对象锁，依然存在线程安全问题。
        SyncInstance syncInstance = new SyncInstance();
        
        Thread t1 = new Thread(syncInstance);
        Thread t2 = new Thread(syncInstance);

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
        /*
		 *结果：2000000000
		 */
    }
}

2.2、synchronized的作用于静态方法

public class SyncInstance implements Runnable {

    static int i = 0;

    public synchronized static void add() {
        for (int j = 0; j < 1000000000; j++) {
            i++;
        }
    }


    @Override
    public void run() {
        add();
    }


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(new SyncInstance());
        Thread t2 = new Thread(new SyncInstance());

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println(i);
        /*
		 *结果：2000000000
		 */
    }
}

2.3、synchronized的作用于代码块

public class SyncInstance implements Runnable {

    static int i = 0;


    @Override
    public void run() {
        synchronized (SyncInstance.class){
            for (int j = 0; j < 1000000000; j++) {
                i++;
            }
        }
    }


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(new SyncInstance());
        Thread t2 = new Thread(new SyncInstance());

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println(i);
        /*
		 *结果：2000000000
		 */
    }
}

三、synchronized锁的实现

3.1、同步代码块

public class BySync {

    private    int i;

    public void test() {
        synchronized (this) {
            i++;
        }
    }
}

编译上述代码并使用javap反编译后得到字节码如下：

public class com.staryea.interactive.oom.BySync {
  public int i;

  public com.staryea.interactive.oom.BySync();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public void test();
    Code:
       0: aload_0
       1: dup
       2: astore_1
       3: monitorenter   //进入同步方法
       4: aload_0
       5: dup
       6: getfield      #2                  // Field i:I
       9: iconst_1
      10: iadd
      11: putfield      #2                  // Field i:I
      14: aload_1
      15: monitorexit   //退出同步方法
      16: goto          24
      19: astore_2
      20: aload_1
      21: monitorexit   //发生异常时，退出同步方法
      22: aload_2
      23: athrow
      24: return
    Exception table:
       from    to  target type
           4    16    19   any
          19    22    19   any
}

如上字节码可知，锁的实现是通过进入和退出monitor对象完成，monitorenter和monitorexit分别代表了同步代码块的开始和结束位置。当jvm执行monitorenter指令时，当前线程则会试图获取对象锁所对应的monitor对象的所有权。当monitor对象进入计数器为0时，则表示获取monitor成功，此时计数器加1，如果当前线程获取了monitor的持有权时，那此线程可以重入这个monitor。执行线程执行完毕，monitorexit指令被执行，执行线程将释放 monitor(锁)并设置计数器值为0 ，其他线程将有机会持有 monitor 。
3.1、同步方法

public class SyncMethod {

   public int i;

   public synchronized void syncTask(){
           i++;
   }
}

编译上述代码并使用javap反编译后得到字节码如下：

Classfile /Users/zejian/Downloads/Java8_Action/src/main/java/com/hs/concurrencys/SyncMethod.class
  Last modified 2017-6-2; size 308 bytes
  MD5 checksum f34075a8c059ea65e4cc2fa610e0cd94
  Compiled from "SyncMethod.java"
public class com.zejian.concurrencys.SyncMethod
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool;

   //省略没必要的字节码
  //==================syncTask方法======================
  public synchronized void syncTask();
    descriptor: ()V
    //方法标识ACC_PUBLIC代表public修饰，ACC_SYNCHRONIZED指明该方法为同步方法
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
    Code:
      stack=3, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: getfield      #2                  // Field i:I
         5: iconst_1
         6: iadd
         7: putfield      #2                  // Field i:I
        10: return
      LineNumberTable:
        line 12: 0
        line 13: 10
}
SourceFile: "SyncMethod.java"

从字节码中可以看出，synchronized修饰的方法并没有monitorenter指令和monitorexit指令，取得代之的确实是ACC_SYNCHRONIZED标识，该标识指明了该方法是一个同步方法，JVM通过该ACC_SYNCHRONIZED访问标志来辨别一个方法是否声明为同步方法，从而执行相应的同步调用。这便是synchronized锁在同步代码块和同步方法上实现的基本原理。同时我们还必须注意到的是在Java早期版本中，synchronized属于重量级锁，效率低下，因为监视器锁（monitor）是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的，而操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到核心态，这个状态之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较高，这也是为什么早期(jdk6之前)的synchronized效率低的原因。

四、synchronized锁底层实现

4.1、对象头

HotSpot虚拟机中，对象在堆内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）

java 多线程请求redis java多线程synchronized_java

在对象头中分为两个部分，第一部分是类型指针，用于表示是哪一个类的对象。第二部分存储了关于对象运行时的数据，比如GC年龄，hashcode，锁状态标志等，这一部分也被称为Mark Word。

java 多线程请求redis java多线程synchronized_同步方法_02

这里我们主要分析一下重量级锁也就是通常说synchronized的对象锁，锁标识位为10，其中指针指向的是monitor对象（也称为管程或监视器锁）的起始地址。每个对象都存在着一个 monitor 与之关联，对象与其 monitor 之间的关系有存在多种实现方式。在Java虚拟机(HotSpot)中，monitor是由ObjectMonitor实现的，其主要数据结构如下（位于HotSpot虚拟机源码ObjectMonitor.hpp文件，C++实现的）

ObjectMonitor() {
    _header       = NULL;
    _count        = 0; //记录个数
    _waiters      = 0,
    _recursions   = 0;
    _object       = NULL;
    _owner        = NULL;
    _WaitSet      = NULL; //处于wait状态的线程，会被加入到_WaitSet
    _WaitSetLock  = 0 ;
    _Responsible  = NULL ;
    _succ         = NULL ;
    _cxq          = NULL ;
    FreeNext      = NULL ;
    _EntryList    = NULL ; //处于等待锁block状态的线程，会被加入到该列表
    _SpinFreq     = 0 ;
    _SpinClock    = 0 ;
    OwnerIsThread = 0 ;
  }

在ObjectMonitor类中我们需要关注四个属性_count、_owner、_WaitSet、_EntryList，多个线程同时访问一个同步代码块或者同步方法时，先将线程加入到_EntryList队列中，当线程获取到monitor对象的持有权时，并把当前线程赋值给_owner对象，并且计数器_count加1，当调用wait()方法时，则释放此线程当前持有的monitor对象，_owner属性赋值为null，_count减一，并将此线程放入到_WaitSet队列中等待下次被唤醒。若当前线程执行完毕也将释放monitor(锁)并复位属性的值，以便其他线程进入获取monitor。

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