synchronized背后的monitor锁实现详解-Java开发

这篇文章主要为大家介绍了synchronized背后的monitor锁实现详解，有需要的朋友可以借鉴参考下，希望能够有所帮助，祝大家多多进步，早日升职加薪

获取和释放 monitor 锁的时机

本文我们研究下 synchronized 背后的 monitor 锁。

我们都知道，最简单的同步方式就是利用 synchronized 关键字来修饰代码块或者修饰一个方法，那么这部分被保护的代码，在同一时刻就最多只有一个线程可以运行，而 synchronized 的背后正是利用 monitor 锁实现的。所以首先我们来看下获取和释放 monitor 锁的时机，每个 Java 对象都可以用作一个实现同步的锁，这个锁也被称为内置锁或 monitor 锁，获得 monitor 锁的唯一途径就是进入由这个锁保护的同步代码块或同步方法，线程在进入被 synchronized 保护的代码块之前，会自动获取锁，并且无论是正常路径退出，还是通过抛出异常退出，在退出的时候都会自动释放锁。

我们首先来看一个 synchronized 修饰方法的代码的例子：

public synchronized void method() {
    method body
}

我们看到 method() 方法是被 synchronized 修饰的，为了方便理解其背后的原理，我们把上面这段代码改写为下面这种等价形式的伪代码。

public void method() {
    this.intrinsicLock.lock();
    try{
        method body
    }
    finally {
        this.intrinsicLock.unlock();
    }
}

在这种写法中，进入 method 方法后，立刻添加内置锁，并且用 try 代码块把方法保护起来，最后用 finally 释放这把锁，这里的 intrinsicLock 就是 monitor 锁。经过这样的伪代码展开之后，相信你对 synchronized 的理解就更加清晰了。

用 javap 命令查看反汇编的结果

JVM 实现 synchronized 方法和 synchronized 代码块的细节是不一样的，下面我们就分别来看一下两者的实现。

同步代码块

首先我们来看下同步代码块的实现，如代码所示。

public class SynTest {
    public void synBlock() {
        synchronized (this) {
            System.out.println("lagou");
        }
    }
}

在 SynTest 类中的 synBlock 方法，包含一个同步代码块，synchronized 代码块中有一行代码打印了 lagou 字符串，下面我们来通过命令看下 synchronized 关键字到底做了什么事情：首先用 cd 命令切换到 SynTest.java 类所在的路径，然后执行 javac SynTest.java，于是就会产生一个名为 SynTest.class 的字节码文件，然后我们执行 javap -verbose SynTest.class，就可以看到对应的反汇编内容。

关键信息如下：

  public void synBlock();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=3, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: astore_1
         3: monitorenter
         4: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         7: ldc           #3                      // String lagou
         9: invokevirtual #4               // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        12: aload_1
        13: monitorexit
        14: goto          22
        17: astore_2
        18: aload_1
        19: monitorexit
        20: aload_2
        21: athrow
        22: return

从里面可以看出，synchronized 代码块实际上多了 monitorenter 和 monitorexit 指令，标红的第3、13、19行指令分别对应的是 monitorenter 和 monitorexit。这里有一个 monitorenter，却有两个 monitorexit 指令的原因是，JVM 要保证每个 monitorenter 必须有与之对应的 monitorexit，monitorenter 指令被插入到同步代码块的开始位置，而 monitorexit 需要插入到方法正常结束处和异常处两个地方，这样就可以保证抛异常的情况下也能释放锁

可以把执行 monitorenter 理解为加锁，执行 monitorexit 理解为释放锁，每个对象维护着一个记录着被锁次数的计数器。未被锁定的对象的该计数器为 0，我们来具体看一下 monitorenter 和 monitorexit 的含义：

monitorenter

执行 monitorenter 的线程尝试获得 monitor 的所有权，会发生以下这三种情况之一：

a. 如果该 monitor 的计数为 0，则线程获得该 monitor 并将其计数设置为 1。然后，该线程就是这个 monitor 的所有者。

b. 如果线程已经拥有了这个 monitor ，则它将重新进入，并且累加计数。

c. 如果其他线程已经拥有了这个 monitor，那个这个线程就会被阻塞，直到这个 monitor 的计数变成为 0，代表这个 monitor 已经被释放了，于是当前这个线程就会再次尝试获取这个 monitor。

monitorexit monitorexit 的作用是将 monitor 的计数器减 1，直到减为 0 为止。代表这个 monitor 已经被释放了，已经没有任何线程拥有它了，也就代表着解锁，所以，其他正在等待这个 monitor 的线程，此时便可以再次尝试获取这个 monitor 的所有权。

同步方法

从上面可以看出，同步代码块是使用 monitorenter 和 monitorexit 指令实现的。而对于 synchronized 方法，并不是依靠 monitorenter 和 monitorexit 指令实现的，被 javap 反汇编后可以看到，synchronized 方法和普通方法大部分是一样的，不同在于，这个方法会有一个叫作 ACC_SYNCHRONIZED 的 flag 修饰符，来表明它是同步方法。

同步方法的代码如下所示。

public synchronized void synMethod() {
}

对应的反汇编指令如下所示。

  public synchronized void synMethod();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
    Code:
      stack=0, locals=1, args_size=1
         0: return
      LineNumberTable:
        line 16: 0

可以看出，被 synchronized 修饰的方法会有一个 ACC_SYNCHRONIZED 标志。当某个线程要访问某个方法的时候，会首先检查方法是否有 ACC_SYNCHRONIZED 标志，如果有则需要先获得 monitor 锁，然后才能开始执行方法，方法执行之后再释放 monitor 锁。其他方面， synchronized 方法和刚才的 synchronized 代码块是很类似的，例如这时如果其他线程来请求执行方法，也会因为无法获得 monitor 锁而被阻塞。

好了，本文的内容就全部讲完了，我们讲解了获取和释放 monitor 的时机，以及被 synchronized 修饰的等价代码，然后我们还利用 javac 和 javap 命令查看了 synchronized 代码块以及 synchronized 方法所对应的的反汇编指令，其中同步代码块是利用 monitorenter 和 monitorexit 指令实现的，而同步方法则是利用 flags 实现的。

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