synchronized的轻量级锁居然不会自旋?深度解析synchronized实现原理

synchronized关键字

上篇文章面试官:从零开始设计个JMM吧,说说你的思路详细分析了JMM,今天来讲讲synchronized关键字的原理。轻量级锁到底会自旋吗?《Java并发编程的艺术》中说到「如果失败,表示其他线程竞争锁,当前线程便尝试使用自旋来获取锁」,并且下文所配的流程图中明确表示自旋失败后才会升级为重量级锁,但《深入理解Java虚拟机》又说「如果出现两条以上的线程争用同一个锁的情况,那轻量级锁就不再有效,必须要膨胀为重量级锁」,到底会不会呢?其实相信synchronized源码很少有人愿意去扒去看,本文会尽量用简洁易懂的方式说清synchronized的原理。

只对实现原理感兴趣可以直接跳过到「synchronized实现原理」

synchronized基本使用

一般有三种方式:

修饰普通方法:锁this
java 复制代码
  // 1. synchronized用在普通方法上,默认的锁就是this,当前实例
    public synchronized void method() {}
修饰静态方法:锁this.class
java 复制代码
  // 2. synchronized用在静态方法上,默认的锁就是当前所在的Class类
  // 所以无论是哪个线程访问它,需要的锁都只有一把
    public static synchronized void method() {}
同步代码块:自定义锁对象

自定义锁对象可以是实例,也可以是Class对象

java 复制代码
        synchronized (this) {}
        synchronized(SynchronizedObjectLock.class){}

抛出异常会释放锁

无论正常退出还是抛出异常,synchronized都保证能够释放锁。

锁与happens-before规则

我们知道,解锁操作 happens-before 加锁,因此:

首先有个变量a,没有用volatile修饰

java 复制代码
int a = 0;

线程A先执行:

java 复制代码
public synchronized void writer() { // 1
        a++; // 2
} // 3

线程B后执行:

java 复制代码
public synchronized void reader() { // 4
        int i = a; // 5
} // 6 

由h-b规则,3 h-b 4,再由as if serial和传递性原则,因此2 h-b 5,而h-b从开发人员的角度来说,你就可以理解为2在5之前执行,并且2的结果对5可见,因此5处读到的a,一定为1。

synchronized的内存语义

  • 当线程释放锁 时,JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存中。
  • 当线程获取锁时,JMM会把该线程对应的本地内存置为无效

可以看到:

锁释放与volatile写有相同的内存语义;

锁获取与volatile读有相同的内存语义。

synchronized实现原理

这篇文章是对着源码讲的,但也比较难啃:死磕Synchronized底层实现

下面我用尽量清晰简洁,绕过虚拟机源码的方式来讲一下:

会跳过一些源码细节的实现,不会影响整体流程和理解

要了解实现原理,第一步我会先看一下字节码指令:

透过字节码看异常如何释放锁

synchronized修饰的方法会被加上 ACC_SYNCHRONIZED的flag。

而同步代码块的字节码是这样的:

python 复制代码
monitorenter    
...
monitorexit 
goto xxx
monitorexit
athrow
return
 Exception table:
from   to  target type
 4     14    17    any
 17    20    17    any

可以看到,monitorentermonitorexit指令分别对应synchronized同步块的进入和退出。

有两个monitorexit,因为javac为同步代码块添加了一个隐式的try-finally,在finally中会调用monitorexit命令释放锁 。如果不知道字节码的Exception table是什么可以参考:异常处理实现原理

尽管字节码通常都能帮助我们更好地理解语义,但关于synchronized的语义也就到此为止了,接下来就要深入虚拟机源码看看monitorenter(获取锁)和monitorexit(释放锁)到底都干了些什么,不过在此之前:

因为synchronized有四种锁状态,而锁状态的实现依赖于Java对象的mark word,这是实现synchronized的基础,我们先来看mark word如何表达锁状态的。

Java中的每一个对象都可以作为一个锁,包括Class对象

四种锁状态

Java对象头的mark word

锁状态 29 bit 或 61 bit 1 bit 是否是偏向锁? 2 bit 锁标志位
无锁 0 01
偏向锁 线程ID 1 01
轻量级锁 指向栈中锁记录的指针 此时这一位不用于标识偏向锁 00
重量级锁 指向互斥量(重量级锁)的指针 此时这一位不用于标识偏向锁 10
GC标记 此时这一位不用于标识偏向锁 11

注意轻/重锁的mark word内是持有一个指向锁记录的指针的。

因此,一个对象其实有四种锁状态,级别由低到高:

  1. 无锁状态
  2. 偏向锁状态
  3. 轻量级锁状态
  4. 重量级锁状态

1、无锁

释放轻量级锁,没有线程在尝试获取锁,也没有线程持有锁(正在执行同步代码块),就是无锁。

2、偏向锁(JDK15被废弃)

偏向锁在JDK1.6引入,在JDK15被废弃,了解即可。如果一定要用,需要手动打开:

ruby 复制代码
-XX:+UseBiasedLocking

人们发现大多数情况下锁不仅不存在多线程竞争,而且总是由同一线程多次获得,于是有了偏向锁。

偏向锁顾名思义,偏向于第一个访问锁的线程。偏向锁在资源无竞争情况下消除了同步语句,连CAS操作都不做了,提高了程序的运行性能。

当开启偏向锁功能时,创建的新对象是可偏向状态,此时mark word中的thread id为0,也叫做匿名偏向。当该对象第一次被CAS成功时,成为「偏向锁」。

在该线程又一次尝试获取该对象锁时,发现thread id就是自己,就可以不做CAS直接认为已经拿到了锁并执行同步代码块中的代码。

注意上述的所有,都只出现了一个线程

当第二个线程出现并尝试获取锁,无论如何都会升级成「轻量级锁」。

  • 如果第一个线程正在执行同步代码块,锁偏向的线程继续拥有锁,当前线程升级该锁为「轻量级锁」。
  • 如果第一个线程不在执行同步代码块,先将对象头的mark word改为无锁状态,再升级为「轻量级锁」。

也就是是要有两个线程尝试获取锁,不论是否出现资源竞争,升级为「轻量级锁」

当然这个说法不绝对,因为还有批量重偏向这一机制。但从了解的角度,到这就可以了,感兴趣的可以看一下死磕Synchronized底层实现--偏向锁

3、轻量级锁

升级到「轻量级锁」的条件是:存在多个线程尝试CAS获取同一把锁,尽管彼此之间互不影响。而「轻量级锁」继续膨胀为「重量级锁」的条件是:只要CAS失败,就升级,即发生了:一个线程正在执行同步代码块的同时,另一个线程尝试获取锁。

轻量级锁会自旋吗

自旋:不断尝试去获取锁,一般用循环来实现。

这是不对的,是网上最常见的错误之一,你问chatGPT他也是这个答案,但这就是个错误的答案。因为前面说的很清楚了,只要发生哪怕一次CAS失败,就不是「轻量级锁」了,何来自旋呢?

自旋的说法从何而来

《Java并发编程的艺术》(2015)原文是:

线程在执行同步块之前,JVM会先在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间,并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中,官方称为Displaced Mark Word。然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功,当前线程获得锁,如果失败,表示其他线程竞争锁,当前线程便尝试使用自旋来获取锁。

《深入浅出Java多线程1.0.0》原文是:

然后线程尝试用CAS将锁的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功,当前线程获得锁,如果失败,表示Mark Word已经被替换成了其他线程的锁记录,说明在与其它线程竞争锁,当前线程就尝试使用自旋来获取锁。

总之,以上两位作者认为:发生竞争,自旋,并没有指出自旋前会发生锁膨胀。

《深入理解Java虚拟机》(2019)原文是:

如果这个更新操作失败了,那就意味着至少存在一条线程与当前线程竞争获取该对象的锁。虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧,如果是,说明当前线程已经拥有了这个对象的锁,那直接进入同步块继续执行就可以了,否则就说明这个锁对象已经被其他线程抢占了。如果出现两条以上的线程争用同一个锁的情况,那轻量级锁就不再有效,必须要膨胀为重量级锁,锁标志的状态值变为"10",此时Mark Word中存储的就是指向重量级锁(互斥量)的指针,后面等待锁的线程也必须进入阻塞状态。

周志明大大的意思是:出现两条以上的线程争用同一个锁的情况,就要升级为重量级锁,没有指出升级为重量级锁前要自旋。

显然,这两种观点是有冲突的,核心问题在于:

轻量级锁状态下,发生资源竞争,到底是自旋,还是立刻锁膨胀?

如何考证说法的正确性

那么我们也只能自己去看源码来验证说法的正确性了(但很少有人愿意看吧)

愿意看源码的可以参考:

下文我会尽量清楚地用文字表达出源码传达的意思

轻量级锁实现原理

获取锁

  1. 发现是无锁状态,线程会把锁的Mark Word复制到自己的Displaced Mark Word(栈帧中的一块空间) ,然后通过CAS尝试将锁的Mark Word修改为一根指针,指向自己的Displaced Mark Word(Displaced Mark Word与原mark word的内容一模一样,保存了HashCode,GC年龄等信息)

  2. 发现处于轻量级锁状态

    • 如果轻量级锁的markword指向自己的Displaced Mark Word,代表重入锁,那么获取锁成功(如果是重入,会将markword改为null,空指针,即0)
    • 如果轻量级锁的markword不是指向自己,锁膨胀,升级为「重量级锁」

CAS失败直接膨胀

释放锁

首先,遍历线程栈,拿到所有需要做解锁操作的锁对象:

  1. 如果是null,代表可重入的锁,直接解锁成功

  2. 如果不是重入的锁:

    • 如果markword被修改,说明发生了竞争,已经成为「重量级锁」了,「尝试解锁重量级锁」

    • 如果markword没被修改,尝试CAS还原对象的markword

      • 还原成功,轻量级锁解锁成功
      • 还原失败,仍然是「尝试解锁重量级锁」

补充说明:线程A正在执行同步代码块时,此时有线程CAS失败,虽然升级为「重量级锁」,但仍然由线程A持有锁,「如何膨胀为重量级锁」后文马上分析

4、重量级锁

为了实现锁膨胀,避免并发膨胀锁,定义了四种膨胀锁状态:

  • 膨胀完毕
  • 膨胀中
  • 无锁
  • 轻量级锁

下面依次对这些情况的膨胀进行分析:

重量级锁的生成/锁膨胀

  • 若膨胀完毕,直接返回monitor
  • 若膨胀中,线程等待一会,直到别的线程膨胀完毕,然后拿到别人生成的monitor

从轻量级锁开始膨胀:

  1. 创建monitor对象

  2. CAS将锁状态修改为「膨胀中」

    • 失败,说明别人在膨胀了,等待,然后返回别人生成的monitor

    • 成功:

      • 将markword保存至monitor
      • 设置持有monitor的线程
      • 将monitor地址设置为mark word
      • 返回monitor对象

从无锁开始膨胀,差不多:

  1. 创建monitor对象

  2. 将markword保存至monitor

  3. CAS将锁状态修改为「膨胀中」

    • 失败,说明别人在膨胀了,等待,然后返回别人生成的monitor
    • 成功,返回monitor对象

重量级锁实现原理

生成了重量级锁,mark word会指向堆中实际生成的monitor对象,我们先来看看monitor对象的结构:

  • Contention List(cxq):所有请求锁的线程将被首先放置到该竞争队列,是先进后出的栈结构
  • Entry List:Contention List中那些有资格成为候选人的线程被移到Entry List
  • Wait Set:那些调用wait方法被阻塞的线程被放置到Wait Set
  • OnDeck:任何时刻最多只能有一个线程正在竞争锁,该线程称为OnDeck
  • Owner:获得锁的线程称为Owner
  • !Owner:释放锁的线程

获取锁

对于重量级锁,尝试获取锁具体是指:尝试用CAS将monitor对象的Owner从nullptr改变为自己

当一个线程尝试获得重量级锁时

  • 首先尝试「自旋」,调用trySpin方法获取锁,如果第一次失败,再进行一次trySpin方法(最坏情况拿不到锁会调用两次trySpin),然后『用CAS的方式进入cxq』
  • 进入cxq后,陷入「死循环」,死循环中,可能会从cxq转移到EntryList,可能阻塞,也可能调用trySpin方法自旋。后文再详细分析「死循环」

可以看到「死循环」的实现也依赖trySpin自旋,因此我们先来看看「自旋」的实现逻辑:

1、自旋锁

自旋:不断尝试去获取锁,一般用循环来实现。

如果是单核CPU,自旋是无意义的,所以只有多处理器才会开启自旋功能

自旋的出现,是为了避免切换到内核态,因为线程的阻塞和唤醒依赖内核,我们希望能够一定程度上避免这种内核态与用户态的切换,因此有了「自旋锁」。那么自旋多少次更合适呢?

  • 在锁很快被释放时,自旋既不会带来CPU资源的浪费,还能提高运行效率。此时自旋次数过少,可能会导致没能顺利拿到锁,即使结束自旋后不久锁就被释放了。
  • 在锁很久才被释放时,自旋空转占用CPU资源却迟迟拿不到锁,造成过多的CPU资源浪费。此时自旋次数过多,反而会得不偿失。

因此,JDK发明了自适应自旋,来适应各种情况的锁。

自适应自旋

自适应自旋为了权衡自旋次数过多和过少带来的弊端,它的基本思想是:

  • 自旋成功拿到锁了,说明你下次成功的概率也很大,下次自旋的次数会更多
  • 自旋失败,说明你下次也大概率拿不到,下次自旋的次数会更少

自适应自旋参数如下:

自旋逻辑:trySpin

首选预自旋11次(避免预自旋次数设置为0,源码后面对这个参数加了1),如果没拿到锁:

开始自旋5000次(假设是第一次开始自旋,上限就为5000)

  • 成功,下次+100,下次可以最多自旋5100次
  • 失败,下次- 200,下次可以最多自旋4800次,不会少于1000次

2、死循环

死循环主要是在「阻塞」和「自旋」之间切换

  • park阻塞,注意不会移动到WaitSet中
  • unpark唤醒,再次调用trySpin方法自旋获取锁,如果失败,陷入阻塞

只有释放锁时,才会调用unpark唤醒,进入自旋状态,此时并不是一定能拿到锁的。

唤醒的时机

释放锁时才会唤醒,且只会唤醒一个,唤醒逻辑取决于Policy参数。

cxq和EntryList内线程的行为

这两个区域内的线程几乎是全阻塞的,这两个区域内的线程,保证最多只有一个线程去竞争锁资源,这个被『释放锁时唤醒的唯一的线程』叫「假定继承人」,即Monitor结构中的「OnDeck」。

注意:只保证所有阻塞的线程,只有一个去竞争锁资源,仍然可能被外来的线程在进入cxq之前就抢到了锁,所以说synchronized是不公平的。

EntryList内的线程全部来自cxq,在释放锁与调用notify方法时,可能进入EntryList

释放锁

  1. 通过CAS的方式将Monitor结构的Owner修改为nullptr
  2. 根据QMode参数的不同,执行不同的逻辑

因为QMode默认值为0,我们来看一下默认的逻辑

  • 如果EntryList和cxq均为空:什么也不做
  • 如果EntryList非空:就取EntryList首元素唤醒
  • 如果EntryList为空,cxq非空:将cxq的所有线程放到EntryList,再唤醒EntryList首元素;

锁被持有时,EntryList和cxq的所有线程都阻塞,有且只有锁释放这唯一一个行为能够唤醒其中的一个线程。

为什么要区分cxq和EntryList

是为了解决CAS的ABA问题,也能分散请求,提高性能。

cxq和EntryList都是为了存储所有阻塞的线程,但是:

  • 释放锁并唤醒时,只会唤醒EntryList的线程,这是删除操作
  • 线程自旋次数过多需要被阻塞时,只会插入cxq队列,这是添加操作

把这两种操作分离开来有什么好处呢?

提高性能

由于锁只有一把,因此做删除操作的线程只有一个,不存在线程安全问题,不需要做CAS,如果和添加操作混在一起,就不得不考虑线程安全问题了。这样只需要在cxq内考虑CAS即可。

解决ABA问题

因为多个线程同时add,不会有某个线程出现在cxq里两次,因此只add不会有ABA问题。而一旦存在删除操作,那么ABA问题就是有可能的。

可感知的锁控制权

现在知道了加解锁的原理,那其实我们已经有能力知道,释放锁时会唤醒哪个线程。(暂时不考虑wait/notify)

结论:先阻塞的线程,最晚获得锁。

有三个线程,t1,t2,t3。这三个线程都自旋失败,插入cxq,由于是个栈,越晚进入cxq的,反而越早进入EntryList,顺序为t3,t2,t1。而唤醒时是按照EntryList的顺序去唤醒的,因此「并不是所谓的随机唤醒」。当然,如果此时有别的线程t4自旋未进入cxq,是有可能拿到锁的,但我们保证:t3先于t2被唤醒,t2先于t1被唤醒

阶段性小结(一)

到这里,应该对锁机制非常熟悉了,你应该清楚:

  • Monitor锁结构
  • 自旋的原理和应用,自旋不会出现在轻量级锁
  • 重量级锁加解锁的逻辑

我们趁热打铁来学习一下wait/notify的底层原理,至今仍未露面的WaitSet终于要登场了,学完wait/notify整个synchronized也就 "证据链闭环" 了。

从趁热打铁的角度,趁你还对加解锁和Monitor结构足够熟悉,我非常推荐直接跳到「wait/notify底层原理」看,当然,在此之前请确保你对wait/notify的基础知识足够了解

等待通知机制:wait/notify

wait/notify必备的基础知识

  • wait/notify只能用在synchronized代码块内部,且必须是重量级锁
  • 只有持有锁的线程能够调用wait/notify方法
  • 调用wait会使当前线程释放锁并陷入阻塞状态
  • 从wait()方法返回的前提是获得了调用对象的锁
  • 可以唤醒一个(notify)或多个(notifyAll)
  • 调用notify无法保证被唤醒的线程一定拿到锁
  • 当调用一个锁对象的waitnotify方法时,如当前锁的状态是偏向锁或轻量级锁则会先膨胀成重量级锁

wait/notify基本使用

等待通知基本模型

等待者:

scss 复制代码
synchronized(对象) {
    while(条件不满足) {
        对象.wait();
    }
    对应的处理逻辑
}

通知者:

java 复制代码
synchronized(对象) {
    改变条件
    对象.notifyAll();
}

等待超时模型

这样一个熟悉的场景:调用一个方法时等待一段时间(一般来说是给定一个时间段),如果该方法能够在给定的时间段之内得到结果,那么将结果立刻返回,反之,超时返回默认结果。

java 复制代码
public synchronized Object get(long mills) throws InterruptedException {
    long future = System.currentTimeMillis() + mills;
    long remaining = mills;
    // 当超时大于0并且result返回值不满足要求
    while ((result == null) && remaining > 0) {
        wait(remaining);
        remaining = future - System.currentTimeMillis();
    }
    return result;
}

wait/notify底层原理

wait方法

  1. 将当前线程包装成ObjectWaiter对象,放入WaitSet中,并调用park挂起
  2. 执行「释放锁」的逻辑。

只有notify方法有可能将线程从WaitSet拯救出来,处于WaitSet的线程永远是阻塞状态,不可能参与锁竞争

notify方法

从WaitSet中取出第一个线程,根据Policy的不同,将这个线程放入EntryList或者cxq队列中的起始或末尾位置

默认Policy为2,即:

  • EntryList队列为空,将线程放入EntryList
  • EntryList队列非空,将线程放入cxq队列的头部位置(栈顶);

强调一下:notify方法只是将线程从WaitSet移动到EntryList或者cxq,不是直接让它开始自旋CAS。

wait/notify理解实战

下面这个例子是来自:Java的wait()、notify()学习三部曲

看下面这段代码,在不修改 HotSpot VM源码的情况下,考虑几个问题:

  • 输出唯一确定吗?
  • 如果确定,会输出什么?
java 复制代码
public class NotifyDemo {
private static void log(String desc){
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + desc);
}
​
Object lock = new Object();
​
public void startThreadA(){
    new Thread(() -> {
        synchronized (lock){
            log("get lock");
            startThreadB();
            log("start wait");
            try {
                lock.wait();
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
​
            log("get lock after wait");
            log("release lock");
        }
    }, "thread-A").start();
}
​
public void startThreadB(){
    new Thread(()->{
        synchronized (lock){
            log("get lock");
            startThreadC();
            sleep(100);
            log("start notify");
            lock.notify();
            log("release lock");
​
        }
    },"thread-B").start();
}
​
public void startThreadC(){
    new Thread(() -> {
        synchronized (lock){
            log("get lock");
            log("release lock");
        }
    }, "thread-C").start();
}
​
public static void main(String[] args){
    new NotifyDemo().startThreadA();
  }
}

输出唯一确定,为:

java 复制代码
thread-A : get lock
thread-A : start wait
thread-B : get lock
thread-B : start notify
thread-B : release lock
thread-A : get lock after wait
thread-A : release lock
thread-C : get lock
thread-C : release lock
​

为什么最后四行A一定先于C发生?

线程C获取锁失败,直接放入cxq首部;线程A被notify,会被放入EntryList。之后B释放锁,发现EntryList内有线程A,就直接把A唤醒。

自定义抢锁逻辑:修改JVM参数

有两个参数会影响synchronized的行为逻辑:

Policy参数:唤醒线程

Policy参数决定如何唤醒线程

  • Policy == 0:放入EntryList队列的排头位置;
  • Policy == 1:放入EntryList队列的末尾位置;
  • Policy == 2:EntryList队列为空就放入EntryList,否则放入cxq队列的排头位置;
  • Policy == 3:放入cxq队列中,末尾位置

QMode参数:释放锁

QMode参数决定如何释放锁

  • QMode = 2,并且cxq非空:取cxq队列排头位置的ObjectWaiter对象,唤醒该线程,结束
  • QMode = 3,把cxq队列的全部元素放入EntryList尾部,然后执行步骤四;
  • QMode = 4,把cxq队列的全部元素放入EntryList头部,然后执行步骤四;
  • QMode = 0,不做什么,执行步骤4;(默认为0)
  • 如果EntryList非空,就取首元素唤醒,否则整个cxq放到EntryList,再唤醒EntryList首元素;

通过修改这两个参数,就可以自定义notify和释放锁的逻辑。还是上面那个例子,只需要修改QMode为4,就可以确保最后四行C先于A执行。

阶段性小结(二)

其实wait/notify原理并不难懂,甚至可以说是非常好理解,就不再重复了。

到此为止,与synchronized的原理基本就讲解完毕了,接下来我们重新审视一下一些比较笼统而泛泛的问题,不仅能帮助你更好地理解synchronized的原理,也能对synchronized有一个更全面的认知。算是一些补充说明吧。

synchronized的特点

非公平锁

非公平锁完全可以从前文的原理体现出来:

  • 新来的线程不断自旋不会阻塞,因此比起阻塞中的线程,更容易抢占锁
  • cxq先入后出,先陷入阻塞的线程反而更晚执行
  • notify唤醒的线程,如果EntrySet为空直接放入EntrySet,先于cxq被执行

可重入性

synchronized是可重入的

monitor有个计数器recursions,起初为0,Monitorenter + 1,Monitorexit - 1,减为0会释放锁。

乐观 or 悲观

什么是悲观锁,什么是乐观锁?

看似简单的概念,很多人第一次学习时都会顾名思义,但现在网络上主流的观点有两种:

  • 乐观锁只是一种思想,认为不会竞争锁,仅此而已
  • 乐观锁是线程先执行锁区域的内容,执行过程中检查是否出现竞争

核心的矛盾点在于,乐观锁到底是纯思想,还是对实现做了一些行为规范的定义(比如必须:什么都不操作直接执行同步代码块的内容)?

如果读者有关于「乐观锁」较为官方的定义,请在评论区告诉我,感激不尽

但如果「乐观锁」仅仅是一种思想,那可以说:synchronized的所有线程,只要没有被阻塞,那就是乐观的,只有重量级锁中那些在cxq和EntryList的阻塞的线程是悲观的(WaitSet是自愿阻塞不算在内)。因为如果足够悲观,早就阻塞等待去了,为啥还要自旋CAS呢?

编译器对synchronized的优化

锁消除

如果编译器发现不会发生线程安全问题,就会无视了你的锁。

锁粗化

比如执行插入数据商品时,是对店铺加锁。那么批量执行的时候,只需要加一次锁。而不是每插入一次就加/释放一次锁。

java 复制代码
  StringBuffer sb = new StringBuffer();
     sb.append(s1);
     sb.append(s2);
     sb.append(s3);
  // 线程安全的buffer类,append会加锁,但显然这是可以锁粗话的,会优化成只获得/释放一次锁

synchronized与包装类的坑

Integer并不适合当作锁对象。

因为有缓存机制,-128~127有缓存。容易导致锁失效。

java 复制代码
volatile static Integer ticket = 10

比如两个线程抢票,不能锁住 ticket。抢完票以后ticket--,一个线程A锁的是ticket = 10的对象,另一个线程B执行完ticket = 10的临界区代码,ticket--,再走临界区,他的锁变成了9,与A竞争的都不是一把锁,因此两者都会抢到锁。

因此:

  • 锁住的对象尽量是静态的不变的,比如class类
  • 不能是各种有缓存的包装类
  • 在idea中 没有声明final的对象加synchronized会提示不安全

面试官:说一说synchronized

内容比较多,就不整个总结了,你可以这样说:

  • 第一部分:基础知识,需要包括使用,内存语义,可见性的保证,异常等等
  • 第二部分:说实现原理,你可以说你喜欢深入源码,看了synchronized字节码,然后是四种锁状态详述,轻量级锁的自旋误区,包括重量级锁的加解锁都可以细说
  • 第三部分:可以扩展说说wait/notify实现原理
  • 第四部分:说说包装类踩坑,与Lock的比较,Policy,QMode参数调整等实战方面的东西

参考文档

Java的wait()、notify()学习三部曲

为锁正名

死磕Synchronized底层实现

《深入理解Java虚拟机 第三版》

《Java并发编程的艺术》

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