synchronized从入门到踹门

synchronized是什么

synchronized是Java关键字，为了维护高并发是出现的原子性问题。技术是把双刃剑，多线程并发给我带来了前所未有的速率，然而在享受快速编程的过程，也给我们带来了原子性问题。

如下：

public class Main {private static int i = 0;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Main main = new Main();Thread a = new Thread(() -> {main.add10K();}, "A");  // 线程AThread b = new Thread(() -> {main.add10K();}, "B");  // 线程Ba.start();  // 启动线程Ab.start();  // 启动线程Ba.join();   // 等待线程A执行完毕b.join();   // 等待线程B执行完毕System.out.println(i); // 打印i的值，期望20000}// +10000操作public void add10K(){for (int j = 0; j < 10000; j++) {i++;}}
}

上面的程序，你细细品味一下结果会是多少？然后再回来看下面的结果。或者自己编程一下上面的代码，然后带着思考运行一下（面试高频点）。

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下面的分析请耐心看，并思考。这就是面试要跟面试官聊的东西，聊越多，聊越细，证明你思考得越多。

答案是小于20000，其实了解过JVM的同学都知道，i++在CPU中其实不是一条CPU指令，而是三条。

1. 读取i的值；

2. 对i进行+1操作；

3. 装载i的值。

那么多线程并发，其实就是每个线程分配一个时间片执行，时间片执行完毕后就轮到下一个线程。在上面的程序，可能会发生的事情：当线程A做到第2步的时候（对i进行+1操作），可能时间片得分给线程B了，此时线程A和线程B假设都读到i的值为0，这时线程B对i进行了+1操作后i的值为1，然后轮到线程A执行，线程A此时到了第三步，把刚才i+1的值装载回去（i=1）。问题就在这了，期望两个线程对i都+1后，期望值应该为2，然而此时却为1。这种情况还不少见，所以导致最终的结果小于期望值20000。

那么怎么解决这个问题呢？通过上面得分析我们知道，就是操作系统搞着时间片轮转运行造成的，不要轮转不就行了，确实可以。但是如果这么做了，又回到单线程时代，况且现在已经不是单核时代了，每个人得电脑至少双核起步吧，所以思路是对的，但是现实场景是骨感的。那么有没有一个可能，就是在线程A对i进行+1操作的时候，我把i这个参数给他锁住，先不要让别的线程操作它呢？这就对了，现在的synchronized、Lock就是这个思想，在操作某个变量时，我先在这个变量前面加个"栅栏"（也可以理解成锁），只有当我撤了这个栅栏（或者撤了这把锁），其他人才可以对这个变量进行操作，这不就没什么问题了。

synchronized其实就是利用这个原理做的这个关键字，但是它是隐式的，没有展现出来，但是其实在底层的"汇编指令"，它其实是有展现的，带你们看一下。

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这是Java代码

public class Main {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {}public void operate(){synchronized(this){}}}

这是"汇编指令"，JVM自己约定的汇编指令，所以我加了双引号。（这个是通过：Javap -c Main.class指令得到的，大家有兴趣可以试试！）

可以看到上图，我画圈圈的东西，monitorenter、monitorexit、monitorexit，这其实就是synchronized的两个隐式"锁"指令了，monitorenter代表加锁，monitorexit代表解锁。为什么monitorexit有两个呢？原因其实也很简单，为了预防死锁用的，因为我们正常情况下当然是一个解锁就可以了，万一没运行到解锁那一行，程序挂了呢？那此时是不是在异常时设置一条解锁会好点？所以两个monitorexit是有道理的！

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synchronized作用范围

锁非静态方法

public class Main {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {}public synchronized void operate(){}}

像上面的程序，锁的就是方法，这个方法是来源某个实例的，所以根据传递原则，其实锁的就是你new出来的那个实例，应该很好理解。下面来个例子，带你走走坑。

这个程序代码务必认真看，比你看100篇synchronized讲解有用！因为很多都是走马观花，没有落实到具体实践讲解，只让你知道锁的是实例，而实际场景中遇到的坑，你可能自己都理所当然，不知所以。

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public class Main {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {A a = new A();B b = new B();a.addMoney(b.money);}}class A {public Integer money = 100;public synchronized void addMoney(Integer targetMoney){money += targetMoney;System.out.println(money);}}class B {public Integer money = 200;}

问题：假设在执行addMoney方法的时候，有其他线程修改了B的money为300，那么addMoney执行的结果是什么呢？

思考一下，可以评论区说一下答案+理解，这个真的很重要。这是synchronized最关键的点了，我先设个坑，评论区回答认真看的，因为真的很重要、很重要、很重要。

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非静态代码块

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public class Main {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {A a = new A();B b = new B();a.addMoney(b.money);}}class A {public Integer money = 100;public void addMoney(Integer targetMoney){synchronized(this){money += targetMoney;System.out.println(money);}}}class B {public Integer money = 200;}

跟锁非静态方法其实一样的，就是锁的实例，也存在上面的问题，所以说他真的很重要，笔试很容易就把分丢了，面试很容易就把印象说没了。

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public class Main {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {A a = new A();B b = new B();a.addMoney(b.money);}}class A {public Integer money = 100;public void addMoney(Integer targetMoney){synchronized(Main.class){money += targetMoney;System.out.println(money);}}}class B {public Integer money = 200;}

这个就不一样了哦，我换成了Main.class，说明锁的是对象，那么有关该对象的变量和方法都会被锁住哦，其他形成访问该类的东西时，都会阻塞，等待该线程释放锁。

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锁静态方法

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public class Main {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {A a = new A();B b = new B();a.addMoney(b.money);}}class A {public Integer money = 100;public static void addMoney(Integer targetMoney){synchronized(Main.class){}}}class B {public Integer money = 200;}

这个跟锁静对象一样，锁的就是类，解释如上。

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synchronized的优化

JDK1.6之后，JDK有对synchronized关键字进行了优化，主要是做了一些锁升级的过程：无锁--偏向锁--轻量级锁--重量级锁。

好好读下文，这个也很重要，不懂评论区留言，看到必回！

反向思考一下，加这个synchronized是为了干嘛？不就是为了当某个线程操作某个变量的时候，不然其他线程操作该变量吗？那就是阻塞咯。这个阻塞其实也就是我们上面一直讲解的重量级锁，确实一开始就是这样（JDK1.6之前）。那这很损耗性能的耶，所以搞JDK那群家伙就开始想办法优化这些思想了，我把synchronized做成一个动态化锁。

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无锁

如果程序不会造成线程安全的，那我把synchronized去掉，变成无锁化。如下程序，只对i进行读操作，我锁它干嘛？

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public class Main {public static void main(String[] args) {A a = new A();a.readI();}}class A {public Integer i = 100;public synchronized void readI(){System.out.println(i);}}

看似有锁，其实我们从"汇编指令"看，已经被JDK偷偷优化成无锁了。

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偏向锁

但是实际场景可不是一直读哦，也会有某个线程一直在那里频繁的写写写，但是也无所谓啦，以为就你这个线程是把，那我就在实例对象头那里，直接把偏向锁ID，设置成你这个线程ID就可以了，只要是你这个家伙来访问这个变量，我直接也把锁优化掉。

Idea开启偏向锁VM参数：-XX:+UseBiasedLocking，偏向锁开启后，默认是4秒才会生效

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没有等4秒直接用，没使用到偏向锁（non-biasable）

public class Main {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);A a = new A();new Thread(()->{a.writeI();}).start();// 打印一下加锁后的实例a的对象头信息System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());}}class A {public Integer i = 100;public synchronized void writeI(){i += 1;}}

这里顺带说一下，对象头的打印是使用了ClassLayout工具类，可以在maven添加以下两个依赖使用

<dependencies><!--查看对象头工具--><dependency><groupId>org.openjdk.jol</groupId><artifactId>jol-core</artifactId><version>0.9</version></dependency><dependency><groupId>org.openjdk.jol</groupId><artifactId>jol-core</artifactId><version>0.16</version></dependency>
</dependencies>

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等待4秒，使用偏向锁，value为偏向锁ID

public class Main {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {TimeUnit.SECONDS.sleep(5);A a = new A();new Thread(()->{a.writeI();}).start();// 打印一下加锁后的实例a的对象头信息System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());}}class A {public Integer i = 100;public synchronized void writeI(){i += 1;}}

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轻量级锁

偏向锁其实指的是一般都是某个线程进行变量操作，但是实际场景其实是有多个线程进行操作的，因此在其他线程检查操作的对象头不是自己的ID时，通过CAS尝试再次获取锁，获取不到则转变成轻量级锁，获取到了就还是偏向锁。

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重量级锁

这个场景一般是高并发时，都是重量级，因为有多个线程同时操作同个共享资源。如果按锁的锁的升级流程，无非就是浪费时间。

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以上则是synchronized的所有概述，欢迎共勉。