Java中的synchronized關鍵字

1、synchronized鎖的底層實現原理

JVM基於進入和退出Monitor對象來實現方法同步和代碼塊同步。代碼塊同步是使用monitorentermonitorexit指令實現的,monitorenter指令是在編譯後插入到同步代碼塊的開始位置,而monitorexit是插入到方法結束處和異常處。任何對象都有一個monitor與之關聯,當且一個monitor被持有後,它將處於鎖定狀態。

根據虛擬機規范的要求,在執行monitorenter指令時,首先要去嘗試獲取對象的鎖,如果這個對象沒被鎖定,或者當前線程已經擁有瞭那個對象的鎖,把鎖的計數器加1;相應地,在執行monitorexit指令時會將鎖計數器減1,當計數器被減到0時,鎖就釋放瞭。如果獲取對象鎖失敗瞭,那當前線程就要阻塞等待,直到對象鎖被另一個線程釋放為止。

如何判斷這個對象是否被鎖定?對象頭中的MarkWord字段記錄瞭該對象的鎖信息。

2、基於synchronized實現單例模式

public class Singleton {
    private volatile static Singleton uniqueInstance;

    private Singleton(){

    }
    public static Singleton getUniqueInstance() {
        //沒有實例化才加鎖
        if (uniqueInstance == null) {
            //給類對象加鎖
            synchronized (Singleton.class) {
                if (uniqueInstance == null)
                    uniqueInstance = new Singleton();
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }

//    public static synchronized Singleton getUniqueInstance(){
//        if(uniqueInstance==null){
//            uniqueInstance = new Singleton();
//        }
//        return uniqueInstance;
//    }
}

首先說一下為什麼不采用第二種方式實現單例:不管該對象是否已經實例化,都要調用這個同步方法,會導致大量的線程進入阻塞;而采用雙重鎖檢驗,可以在第一次判斷不為空的時候就直接返回,不用進入同步代碼塊。

幾個要點:

  • 為什麼uniqueInstance屬性要用volatile修飾?new操作並非一個原子性操作,分為三個步驟(分配對象的內存空間、初始化對象、設置uniqueInstance指向剛分配的內存地址),如果不使用volatile,2和3之間可能發生指令重排,導致外部訪問到一個還沒有初始化的對象。
  • 為什麼構造方法時私有的?防止對象在其他地方被創建。
  • 為什麼uniqueInstance是私有靜態的?私有使得外部隻能通過特定的方式去訪問對象,靜態是因為要在靜態方法中訪問該對象。
  • 為什麼getUniqueInstance()方式是公共、靜態的?public使得外界統一通過訪問該方法獲得對象,static使得程序可以通過類名獲取對象。
  • 為什麼采用雙重檢測初始化對象?第一次檢測主要用來判斷對象是否已經創建,如果已創建則直接返回;第二次檢測是因為:可能有多個線程在第一次檢測中發現對象為空,同時進入同步代碼塊,但隻有一個線程會搶到鎖並創建對象,其他線程阻塞排隊等待鎖的釋放。當創建對象的線程返回後,阻塞的線程會被喚醒,這時候對象已經不為空,所以需要第二次檢測來阻止對象的多次創建。

3、利用類加載實現單例模式(餓漢模式)

public class SingleTon2 {
/** 內置對象是靜態的,並且直接創建對象,保證對象在初始化時加載完成 */
    public static SingleTon2 instance = new SingleTon2(); 

/** 構造方法私有,防止對象在其他地方被創建 */
    private SingleTon2(){

    }

/** 公共靜態方法返回對象 */
    public static SingleTon2 getInstance(){
        
        return instance;
    }
}

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