Java多线程揭秘之synchronized工作原理

目录
  • 一. 特性
  • 二. 加锁过程（锁升级/锁膨胀）
    • 1. 无锁状态
    • 2. 偏向锁
    • 3. 轻量级锁
    • 4. 重量级锁
    • 5. 总结
  • 三. 锁优化
    • 1. 锁消除
    • 2. 锁粗化

在学习本篇文章时，如果有不太懂的地方，大家也可以先看看博主上一篇文章，锁的这部分内容是面试中很常见的问题，多学学对自己是非常有帮助的。同时，朋友们如果有什么问题都可以随时和我探讨，大家一起进步！

一. 特性

这部分内容在上篇文章中的 synchronized充当了哪些锁部分已经介绍过了哦，没有看的小伙伴可以去看看synchronized的特性

二. 加锁过程（锁升级/锁膨胀）

在Java中JVM虚拟机将synchronized锁分为无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁状态。会根据不同的情况，进行不同的升级操作

1. 无锁状态

此状态理解起来较为简单，没有进行线程任务时最开始的状态就是无锁状态。

2. 偏向锁

  • 偏向锁类似于一种乐观锁，当一个线程在执行任务时，偏向锁会给这个线程设定一个标记（并不是真正地加锁），如果后续没有其他线程来竞争这个锁，那么这个偏向锁就不会再进行其他的任何操作了，有效避免了因为加锁过程而产生的内存开销问题
  • 若有其他线程也竞争这把锁，那么此时第一个线程会立马把锁拿到（因为之前第一个线程已经有了偏向锁标记，所以很容易拿到）然后进入轻量级锁的状态

偏向锁的大体思路是能不加锁就尽量不加锁避免内存开销，只做上标记即可，但如果实在要加锁，也会因为标记的存在而立马把锁拿到（类似于高考填志愿保底心态）

3. 轻量级锁

当进入轻量级锁锁状态（自适应自旋锁）后，是完全在用户态上实现的，且是基于CAS来完成的操作，因为这个状态不涉及到内核态和用户态的切换，也不涉及到线程的阻塞和调度过程。所以并不会对系统的内存有着过于高的开销，因此可以保证更高效地获取到锁（一个线程释放锁后，另一个线程会马上获取到锁）

具体步骤

  • 通过 CAS 检查并更新一块内存 (比如 null => 该线程引用)
  • 如果更新成功, 则认为加锁成功
  • 如果更新失败, 则认为锁被占用, 继续自旋式的等待(并不放弃 CPU)由于自旋操作可能会一直让CPU 空转，比较浪费 CPU 资源，因此此处的自旋不会一直持续进行，而是达到一定的时间（重试）次数，就不再自旋了，也就是所谓的 “自适应”（根据情况来）

4. 重量级锁

当锁的竞争变得非常激烈时，如果再按照之前自旋的方式，那么对于CPU的开销是非常高的，而且此时自旋还不能快速地获取到锁的状态，那么此时就会变成重量级锁（挂起等待锁），对于挂起等待锁来说，锁的等待过程是释放CPU的过程，此时会节省CPU的开销，但付出的代价是引入了线程的阻塞和调度的开销（以CPU资源换取性能）
具体过程
此处的重量级锁就是用到了内核提供的mutex，要执行加锁操作，首先会进入内核态，在内核态判定当前的锁是否已经被占用，若该锁没有被占用，则加锁成功，切换回用户态；若该锁被占用，则加锁失败，此时线程进入锁的等待队列去挂起等待，直到锁被其他线程释放后，操作系统才会唤醒挂起等待锁的这个线程，最后这个线程才会获取到锁

5. 总结

  • 锁升级（锁膨胀）的过程完全是synchronized内部自适应完成的，即根据不同的情况（即锁冲突的高或低状态）来升级或降级成对应的状态，不需要用户或者程序员去干预，因此使用起来会比较方便。
  • 注意， synchronized在有些JVM版本上是可以同时实现降级和升级的自适应的，但在有些JVM上只能实现升级的自适应。

三. 锁优化

1. 锁消除

JVM和编译器提供了一个很好的功能，能判断某段代码是否有加锁的必要（根据情况选择是否需要加锁），以防开发人员加错锁而造成无缘无故开销很大系统内存的情况。
例子
Java提供了两个类，StringBuilder和StringBuffer，其中，前者不会考虑线程安全问题，而后者中的每个方法都带有了synchronized以确保线程安全。但我们平常在单线程下，这个加锁是没有必要的，会白白浪费很多内存资源，这时候，如果开发人员不小心在单线程中使用了StringBuffer，那么编译器和JVM也会对其进行一定的优化，去把这个锁消除。
注意，编译器的判断也不是每次完全都是正确的，不会每次都会锁消除，因此，还是要提醒大家在写代码过程中自己还是要尽量避免出现此类错误

2. 锁粗化

介绍锁粗化之前，首先大家得知道锁的粗细的含义：

  • 如果synchronized代码块中包含的代码比较多，则认为锁比较粗
  • 如果synchronized代码块中包含的代码比较少，则认为锁比较细

那么实际开发中，到底是锁粗一点好还是细一点好呢？这个还是根据情况来决定的，虽然当锁里面的代码量少时会减少线程之间的锁冲突概率，但是有的情况下，反而当锁里面的代码量较多时，运行效率才会更高：

void func(){
        synchronized (this){
            //任务1
        }
        synchronized (this){
            //任务2
        }
        synchronized (this){
            //任务3
        }
    }

大家先来看一看这段代码，这段代码是细锁的情况（一个锁中的代码量较少），那么其执行效率怎么样呢？显然是不太高的，每次加一次锁都会进行一定的内存开销，因此我们很有必要对其进行一定地改进，让锁粗化：

void func(){
        synchronized (this){
            //任务1
            //任务2
            //任务3
        }
    }

可以看出来，当锁粗化的时候，会大大提高代码的执行效率
就好比出门买物品A和物品B，我们通常会尽可能地出一次门，将二者一块买好再回家，而不是先把物品A买好放到家里再出门买物品B，这样显然效率是非常低的，而且还很浪费体力

到此这篇关于Java多线程揭秘之synchronized工作原理的文章就介绍到这了,更多相关Java synchronized内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！

赞 (0)

相关推荐

  • Java多线程之搞定最后一公里详解

    Java多线程之搞定最后一公里详解

    目录 绪论 一:线程安全问题 1.1 提出问题 1.2 不安全的原因 1.2.1 原子性 1.2.2 代码"优化" 二:如何解决线程不安全的问题 2.1 通过synchronized关键字 2.2 volatile 三:wait和notify关键字 3.1 wait方法 3.2 notify方法 3.3 wait和sleep对比(面试常考) 四:多线程案例 4.1 饿汉模式单线程 4.2 懒汉模式单线程 4.3 懒汉模式多线程低性能版 4.4懒汉模式-多线程版-二次判断-性能高 总结

  • java多线程模拟实现售票功能

    java多线程模拟实现售票功能

    铁道部发布了一个售票任务,要求销售1000张票,要求有3个窗口来进行销售,请编写多线程程序来模拟这个效果. 1 线程类 测试方法: public static void main(String[] args) { MyThread t1 = new MyThread("窗口1"); MyThread t2 = new MyThread("窗口1"); MyThread t3 = new MyThread("窗口1"); t1.start(); t

  • Java多线程之死锁详解

    Java多线程之死锁详解

    目录 1.死锁 2.死锁经典问题--哲学家就餐问题 总结 1.死锁 出现场景:当线程A拥有了A对象的锁,想要去获取B对象的锁:线程B拥有了B对象的锁,想要拥有A对象的锁,两个线程在获取锁的时候,都不会释放已经持有的锁,于是,就造成了死锁. 示例代码: @Slf4j public class ThreadTest { private static Object objectA = new Object(); private static Object objectB = new Object();

  • java多线程使用mdc追踪日志方式

    java多线程使用mdc追踪日志方式

    目录 多线程使用mdc追踪日志 背景 解决方案 实现 参考 多线程日志追踪 1.问题描述 2. 代理实现日志追踪 多线程使用mdc追踪日志 背景 多线程情况下,子线程的sl4j打印日志缺少traceId等信息,导致定位问题不方便 解决方案 打印日志时添加用户ID.trackId等信息,缺点是每个日志都要手动添加 使用mdc直接拷贝父线程值 实现 // 新建线程时: Map<String, String> mdcContextMap = MDC.getCopyOfContextMap() //

  • Java 多线程之两步掌握

    Java 多线程之两步掌握

    目录 导论:初识多线程 一:动手来创建多线程 1.1 创建一个主线程 1.2 多线程抢占式执行 二:创建线程的几个常用方法 2.2 继承 Thread 类 2.2 实现 Runnable 接口 2.3 匿名类创建 三:Thread的几个常见属性 导论:初识多线程 首先,我们来讨论讨论什么叫做多线程.举个简单的例子,比如说造房子这个任务.如果只有一个人的话,他既要搬砖还得拎砂浆.搅拌水泥之类的(其他工种这里就不一一阐述了),哪怕这个工人技术再熟练,精力再旺盛,他同时也只能干一个工种.那么问题来了,

  • 一文彻底搞懂java多线程和线程池

    一文彻底搞懂java多线程和线程池

    目录 什么是线程 一. Java实现线程的三种方式 1.1.继承Thread类 1.2.实现Runnable接口,并覆写run方法 二. Callable接口 2.1 Callable接口 2.2 Future接口 2.3 Future实现类是FutureTask. 三. Java线程池 3.1.背景 3.2.作用 3.3.应用范围 四. Java 线程池框架Executor 4.1.类图: 4.2 核心类ThreadPoolExecutor: 4.3 ThreadPoolExecutor逻辑结

  • Java多线程基础

    Java多线程基础

    目录 一.线程 二.创建多线程的方式 1.继承Thread类实现多线程 2.实现Runnable接口方式实现多线程 3.Callable接口创建线程 三.线程的生命周期与状态 四.线程的执行顺序 1.定时器 2.线程的互斥与同步通信 3.线程同步通信技术 一.线程 什么是线程: 线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位. 什么是多线程: 多线程指在单个程序中可以同时运行多个不同的线程执行不同的任务. 二.创建多线程的方式 多线程的创建方式有三种:T

  • Java多线程之并发编程的基石CAS机制详解

    Java多线程之并发编程的基石CAS机制详解

    目录 一.CAS机制简介 1.1.悲观锁和乐观锁更新数据方式 1.2.什么是CAS机制 1.3.CAS与sychronized比较 1.4.Java中都有哪些地方应用到了CAS机制呢? 1.5.CAS 实现自旋锁 1.6.CAS机制优缺点 1>ABA问题 2>可能会消耗较高的CPU 3>不能保证代码块的原子性 二.Java提供的CAS操作类--Unsafe类 2.1.Unsafe类简介 2.2.Unsafe类的使用 三.CAS使用场景 3.1.使用一个变量统计网站的访问量 3.2.现在我

  • Java多线程揭秘之synchronized工作原理

    Java多线程揭秘之synchronized工作原理

    目录 一. 特性 二. 加锁过程(锁升级/锁膨胀) 1. 无锁状态 2. 偏向锁 3. 轻量级锁 4. 重量级锁 5. 总结 三. 锁优化 1. 锁消除 2. 锁粗化 在学习本篇文章时,如果有不太懂的地方,大家也可以先看看博主上一篇文章,锁的这部分内容是面试中很常见的问题,多学学对自己是非常有帮助的.同时,朋友们如果有什么问题都可以随时和我探讨,大家一起进步! 一. 特性 这部分内容在上篇文章中的 synchronized充当了哪些锁部分已经介绍过了哦,没有看的小伙伴可以去看看synchroni

  • Java多线程并发编程和锁原理解析

    这篇文章主要介绍了Java多线程并发编程和锁原理解析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 一.前言 最近项目遇到多线程并发的情景(并发抢单&恢复库存并行),代码在正常情况下运行没有什么问题,在高并发压测下会出现:库存超发/总库存与sku库存对不上等各种问题. 在运用了 限流/加锁等方案后,问题得到解决. 加锁方案见下文. 二.乐观锁 & 悲观锁 1.乐观锁 顾名思义,就是很乐观,每次去拿数据的时候都认为别人不会修改,所以不会上锁

  • Java必会的Synchronized底层原理剖析

    Java必会的Synchronized底层原理剖析

    目录 1. synchronized作用 2. synchronized用法 3. synchronized加锁原理 synchronized作为Java程序员最常用同步工具,很多人却对它的用法和实现原理一知半解,以至于还有不少人认为synchronized是重量级锁,性能较差,尽量少用. 但不可否认的是synchronized依然是并发首选工具,连volatile.CAS.ReentrantLock都无法动摇synchronized的地位.synchronized是工作面试中的必备技能,今天就

  • java多线程编程之Synchronized关键字详解

    本文介绍JAVA多线程中的synchronized关键字作为对象锁的一些知识点. 所谓对象锁,就是就是synchronized 给某个对象 加锁.关于 对象锁 可参考:这篇文章  一.分析 synchronized可以修饰实例方法,如下形式: public class MyObject { synchronized public void methodA() { //do something.... } 这里,synchronized 关键字锁住的是当前对象.这也是称为对象锁的原因. 为啥锁住当

  • java编程之AC自动机工作原理与实现代码

    java编程之AC自动机工作原理与实现代码

    在阅读本文之前,大家可以先参考下<多模字符串匹配算法原理及Java实现代码> 简介: 本文是博主自身对AC自动机的原理的一些理解和看法,主要以举例的方式讲解,同时又配以相应的图片.代码实现部分也予以明确的注释,希望给大家不一样的感受.AC自动机主要用于多模式字符串的匹配,本质上是KMP算法的树形扩展.这篇文章主要介绍AC自动机的工作原理,并在此基础上用Java代码实现一个简易的AC自动机. 1.应用场景-多模字符串匹配 我们现在考虑这样一个问题,在一个文本串text中,我们想找出多个目标字符串

  • java中Servlet监听器的工作原理及示例详解

    监听器就是一个实现特定接口的普通java程序,这个程序专门用于监听另一个java对象的方法调用或属性改变,当被监听对象发生上述事件后,监听器某个方法将立即被执行. 监听器原理 监听原理 1.存在事件源 2.提供监听器 3.为事件源注册监听器 4.操作事件源,产生事件对象,将事件对象传递给监听器,并且执行监听器相应监听方法 监听器典型案例:监听window窗口的事件监听器 例如:swing开发首先制造Frame**窗体**,窗体本身也是一个显示空间,对窗体提供监听器,监听窗体方法调用或者属性改变:

  • java多线程编程之Synchronized块同步方法

    文章分享了4个例子对synchronized的详细解释 1.是否加synchronized关键字的不同 public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { Example example = new Example(); Thread t1 = new Thread1(example); Thread t2 = new Thread1(example); t1.start(); t2.start(); } } cl

  • Java多线程及分布式爬虫架构原理解析

    Java多线程及分布式爬虫架构原理解析

    这是 Java 爬虫系列博文的第五篇,在上一篇Java 爬虫服务器被屏蔽的解决方案中,我们简单的聊反爬虫策略和反反爬虫方法,主要针对的是 IP 被封及其对应办法.前面几篇文章我们把爬虫相关的基本知识都讲的差不多啦.这一篇我们来聊一聊爬虫架构相关的内容. 前面几章内容我们的爬虫程序都是单线程,在我们调试爬虫程序的时候,单线程爬虫没什么问题,但是当我们在线上环境使用单线程爬虫程序去采集网页时,单线程就暴露出了两个致命的问题: 采集效率特别慢,单线程之间都是串行的,下一个执行动作需要等上一个执行完才能

  • Java多线程编程中synchronized线程同步的教程

    0.关于线程同步 (1)为什么需要同步多线程? 线程的同步是指让多个运行的线程在一起良好地协作,达到让多线程按要求合理地占用释放资源.我们采用Java中的同步代码块和同步方法达到这样的目的.比如这样的解决多线程无固定序执行的问题: public class TwoThreadTest { public static void main(String[] args) { Thread th1= new MyThread1(); Thread th2= new MyThread2(); th1.st

  • Java多线程编程中synchronized关键字的基础用法讲解

    多线程编程中,最关键.最关心的问题应该就是同步问题,这是一个难点,也是核心. 从jdk最早的版本的synchronized.volatile,到jdk 1.5中提供的java.util.concurrent.locks包中的Lock接口(实现有ReadLock,WriteLock,ReentrantLock),多线程的实现也是一步步走向成熟化.   同步,它是通过什么机制来控制的呢?第一反应就是锁,这个在学习操作系统与数据库的时候,应该都已经接触到了.在Java的多线程程序中,当多个程序竞争同一

随机推荐