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关于java:浅谈synchronized与Objectwaitnotify原理

jiezi

synchronized 是 Java 中罕用的锁机制，synchronized+Object.wait/notify是罕用的期待唤醒机制，那它们的实现原理是什么呢？本文就 synchronized 与 Object.wait/notify 为例谈谈以下内容。

  • synchronized 锁降级。
  • synchronized 是如何工作的。
  • synchronized 同步队列和期待队列是如何配合的。
  • 为什么 Object.wait 必须在 synchronized 中。

synchronized 在 JVM 里的实现是基于进入和退出 Monitor 对象来实现办法同步和代码块同步的。monitor enter指令是在编译后插入到同步代码块的开始地位，而 monitor exit 是插入到办法完结处和异样处，JVM 要保障每个 monitor enter 必须有对应的 monitor exit 与之配对。任何对象都有一个 monitor 与之关联，当且一个 monitor 被持有后，它将处于锁定状态。

Java 1.6 为了缩小取得锁和开释锁带来的性能耗费，引入了“偏差锁”和“轻量级锁”，在 Java SE 1.6 中，锁一共有 4 种状态，级别从低到高顺次是：无锁状态 、 偏差锁状态 、 轻量级锁状态 和重量级锁状态，这几个状态会随着竞争状况逐步降级。

留神：synchronized 能够润饰某个办法，也能够润饰某个对象。

执行 monitor enter 指令如果获取锁不胜利，会将该线程增加到该 monitor 对象对应的同步队列 SynchronizedQueue，当占用该 monitor 对象的线程执行 monitor out 时就会唤醒同步队列中的线程。

那么问题来了，唤醒线程时是抉择同步队列上哪一个线程呢？java8 默认抉择最近增加到同步队列中的那个线程。能够应用如下代码验证：

private static Object obj = new Object();

public static void main(String[] args) throws Exception {synchronized (obj) {newThread("t1");
        newThread("t2");
        newThread("t3");
        newThread("t4");
        newThread("t5");

        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("main release");
    }

    System.out.println("main end");
    Thread.sleep(2000);
}

private static void newThread(String name) throws Exception {new Thread(() -> {synchronized (obj) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "get");
        }
    }, name).start();
    Thread.sleep(100L);
}
复制代码

输入后果为：

同步队列和期待队列

晓得了 synchronized 基本概念之后，一起来看下Object.wait()/notify()，Monitor 对象 中蕴含一个同步队列（由 _cxq 和 _EntryList 组成）和一个期待队列（_WaitSet）。

  • 被 notify 或 notifyAll 唤醒时依据 policy 策略抉择退出的队列（policy 默认为 0）
  • 退出同步块时依据 QMode 策略来唤醒下一个线程（QMode 默认为 0）

留神：synchronized 的同步队列和期待队列 与 基于 AQS（lock/condition） 的同步队列和期待队列实现原理相似，只不过前者是一个同步队列对应一个期待队列，而后者是一个同步队列能够对应多个期待队列。

synchronized 的同步队列和期待队列流程图如下所示：

到这里为止，咱们大抵理解了 synchronized 是如何工作的，以及它的同步队列和期待队列是如何配合的。

最初咱们思考 2 个问题：

1、为什么要有 Object.wait/notify，只应用 synchronized 不能也能实现线程阻塞而后被其余线程唤醒（告诉）么？

2、执行 Object.wait/notify，为什么必须要在 synchronized 中呢？

这里小伙伴们略微劳动片刻，思考下上述 2 个问题的起因。

对于第一个问题，只应用 synchronized 是为了简略的加解锁，而应用 Object.wait/notify 是为了实现被告诉后，再执行下一步动作的逻辑。如果 Object.wait 后没有任何逻辑的话，这里的 Object.wait 是没有意义的，能够间接去掉。

对于第二个问题，为什么必须要在 synchronized 中呢，咱们都晓得 synchronized 锁机制大都是为了保障原子性，因而咱们有理由置信，这里的起因大概率就是原子性。那么是为了什么的原子性呢？是为了保障在 Object.wait 时，将以后线程增加到_WaitSet 期待队列和 monitor out 唤醒其余线程的原子性；为了保障在 Object.notify 时，在将以后线程从 WaitSet 移到同步队列时，锁相干的线程状态不会发生变化。

参考：《2020 最新 Java 根底精讲视频教程和学习路线！》
链接：https://juejin.cn/post/694228…

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