- 修饰一个普通方法时,作用域是当前调用对象,即只要还没出方法的作用域,其他试图获取该对象的锁线程都将被阻塞
- 类的静态方法属于类,而不属于类的某个特定实例,所以对类的静态方法修饰直接作用于类本身,相当于synchronized(ClassA.class),即直接锁定整个类
public class Singleton {
private volatile static Singleton instance; //声明成 volatile
private Singleton (){}
public static Singleton getSingleton() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
sync中的Singleton.class是什么意思?为什么不是this?
sync(this)以及非static的sync方法,只能防止多个线程同时执行同一个对象的同步代码段。我们回归原来的问题,sync到底锁的是对象还是代码段?答案是:sync锁住的是括号里面的对象,而不是代码段。对于非static的sync方法,锁住的就是对象本身,也就是this
synchronized底层语义原理
在JVM中,对象在内存中的布局分为三块区域:对象头、实例数据和对齐填充
- 实例变量:存放类的属性数据信息,包括父类的属性信息,如果是数组的实例部分还包括数组的长度,这部分内存按4字节对齐。
- 填充数据:由于虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。填充数据不是必须存在的,仅仅是为了字节对齐
对于顶部,则是Java头对象,它实现synchronized的锁对象的基础
jvm中采用2个字来存储对象头(如果对象是数组则会分配3个字,多出来的1个字记录的是数组长度),其主要结构是由Mark Word 和 Class Metadata Address 组成
Mark Word在默认情况下存储着对象的HashCode、分代年龄、锁标记位等以下是32位JVM的Mark Word默认存储结构
Monitor 模式
一般的 monitor 实现模式是编程语言在语法上提供语法糖,而如何实现 monitor 机制,则属于编译器的工作,Java 就是这么干的。
monitor 的重要特点是,同一个时刻,只有一个 进程/线程 能进入 monitor 中定义的临界区,这使得 monitor 能够达到互斥的效果。但仅仅有互斥的作用是不够的,无法进入 monitor 临界区的 进程/线程,它们应该被阻塞,并且在必要的时候会被唤醒。
显然,monitor 作为一个同步工具,也应该提供这样的管理 进程/线程 状态的机制。想想我们为什么觉得 semaphore 和 mutex 在编程上容易出错,因为我们需要去亲自操作变量以及对 进程/线程 进行阻塞和唤醒。monitor 这个机制之所以被称为“更高级的原语”,那么它就不可避免地需要对外屏蔽掉这些机制,并且在内部实现这些机制,使得使用 monitor 的人看到的是一个简洁易用的接口。
monitor 机制需要几个元素来配合,分别是:
- 临界区
- monitor object 及锁
- 条件变量以及定义在 monitor 对象上的 wait,signal 操作。
使用 monitor 机制的目的主要是为了互斥进入临界区,为了做到能够阻塞无法进入临界区的 进程/线程,还需要一个 monitor object 来协助,这个 monitor object 内部会有相应的数据结构,例如列表,来保存被阻塞的线程;同时由于 monitor 机制本质上是基于 mutex 这种基本原语的,所以 monitor object 还必须维护一个基于 mutex 的锁。此外,为了在适当的时候能够阻塞和唤醒 进程/线程,还需要引入一个条件变量,这个条件变量用来决定什么时候是“适当的时候”,这个条件可以来自程序代码的逻辑,也可以是在 monitor object 的内部,总而言之,程序员对条件变量的定义有很大的自主性。不过,由于 monitor object 内部采用了数据结构来保存被阻塞的队列,因此它也必须对外提供两个 API 来让线程进入阻塞状态以及之后被唤醒,分别是 wait 和 notify。
Java 语言对 monitor 的支持
被 synchronized 关键字修饰的方法、代码块,就是 monitor 机制的临界区
synchronized 关键字在使用的时候,往往需要指定一个对象与之关联,例如 synchronized(this),或者 synchronized(ANOTHER_LOCK),synchronized 如果修饰的是实例方法,那么其关联的对象实际上是 this,如果修饰的是类方法,那么其关联的对象是 this.class。总之,synchronzied 需要关联一个对象,而这个对象就是 monitor object
monitor 的机制中,monitor object 充当着维护 mutex以及定义 wait/signal API 来管理线程的阻塞和唤醒的角色
Java 对象存储在内存中,分别分为三个部分,即对象头、实例数据和对齐填充,而在其对象头中,保存了锁标识;同时,java.lang.Object 类定义了 wait(),notify(),notifyAll() 方法,这些方法的具体实现,依赖于一个叫 ObjectMonitor 模式的实现,这是 JVM 内部基于 C++ 实现的一套机制,基本原理如下所示:
当一个线程需要获取 Object 的锁时,会被放入 EntrySet 中进行等待,如果该线程获取到了锁,成为当前锁的 owner。如果根据程序逻辑,一个已经获得了锁的线程缺少某些外部条件,而无法继续进行下去(例如生产者发现队列已满或者消费者发现队列为空),那么该线程可以通过调用 wait 方法将锁释放,进入 wait set 中阻塞进行等待,其它线程在这个时候有机会获得锁,去干其它的事情,从而使得之前不成立的外部条件成立,这样先前被阻塞的线程就可以重新进入 EntrySet 去竞争锁。这个外部条件在 monitor 机制中称为条件变量。