Quel est le principe de Synchronized en Java

Analyse au niveau du code source de Synchronized

Structure de l'objet

Synchronized est un verrou implicite en Java. Son acquisition et sa libération des verrous sont à la fois implicites et entièrement laissées à la JVM pour nous aider à fonctionner après avoir compris le mot-clé Synchronized. Avant, le premier point de connaissance à apprendre est la structure des objets Java, car les verrous synchronisés sont stockés dans les objets Java. La structure des objets Java est la suivante :

Vous pouvez clairement voir que les objets Java sont composés de trois. Il s'agit de l'en-tête de l'objet, des données d'instance et des données de remplissage. Notre verrou est stocké dans l'en-tête de l'objet :

• mark-down : le champ de marque de l'objet occupe 8 octets. , utilisé pour stocker des informations sur les bits d'indicateur du verrou, comme le montre la figure, il existe des valeurs de hachage, des bits d'indicateur de verrouillage légers, des bits d'indicateur de verrouillage de biais, etc.

• Klass Pointer : Le pointeur de type de l'objet Class, qui est le pointeur à quelle classe appartient l'objet actuel. Par défaut, jdk1.8 occupe 4 octets après avoir activé le pointeur compressé et occupe 8 octets après avoir tourné. hors du pointeur compressé.

• Données réelles de l'objet : Cette partie inclut toutes les variables membres de l'objet. La taille est déterminée par chaque variable membre. Par exemple, l'octet occupe 1 octet, l'int occupe 4 octets, etc.

• Remplissez-le : Cette partie du contenu est uniquement destinée à compléter l'espace et sert d'espace réservé, car le système de gestion de la mémoire de la machine virtuelle HotSpot exige que l'adresse de départ de l'objet soit un multiple entier de 8 octets. Par conséquent, si l’instance d’objet n’est pas alignée, elle doit être remplie pour la compléter.

Dans la marque de type de verrouillage markdown, vous pouvez voir qu'il existe un total de cinq types, à savoir sans verrouillage, verrouillage biaisé, verrouillage léger, verrouillage lourd, marque GC, donc si vous n'utilisez que 2 bits marque Il ne peut pas être entièrement exprimé, c'est pourquoi une marque de verrouillage de biais est introduite, c'est-à-dire que 001 signifie aucun verrouillage et 101 signifie un verrouillage de biais.

Objet Monitor

La structure de l'objet est présentée ci-dessus. Vous pouvez voir que différentes informations de verrouillage seront stockées dans Mark-down Lorsque l'état du verrouillage est un verrouillage lourd (10), un pointeur vers Monitor sera stocké dans Mark-down. down Pointeur vers l'objet. Cet objet Monitor est également appelé verrou de moniteur.

Le mécanisme de fonctionnement de synchronisé est que lorsque la JVM détecte différentes situations de concurrence dans les objets partagés, elle passe automatiquement à une implémentation de verrouillage appropriée. Cette commutation est la mise à niveau ou la rétrogradation du verrou. (De nombreux endroits disent que les verrous ne peuvent être mis à niveau, pas rétrogradés. En fait, cette affirmation est fausse. Dans le livre "The Art of Java Concurrent Programming", il est dit que pour les verrous biaisés, ils peuvent être rétrogradés en verrous. état libre, et aussi cela s'appelle la révocation biaisée du verrouillage).

Il existe actuellement trois implémentations différentes de Monitor, à savoir les verrous biaisés, les verrous légers et les verrous lourds. Lorsqu'un thread détient un moniteur, il acquiert le verrou.

Monitor en Java est implémenté sur la base d'ObjectMonitor de C++. Ses principaux membres incluent :

• _owner : pointe vers le thread contenant l'objet ObjectMonitor

• _WaitSet : stocke la file d'attente des threads dans l'état d'attente, c'est-à-dire les appels. méthode wait() thread

• _EntryList : stocke la file d'attente des threads en attente du verrouillage Block state

• _count : approximativement la somme du nombre de nœuds de _WaitSet+_EntryList

• _cxq : plusieurs threads en compétition pour le lock, Il sera d'abord stocké dans cette liste chaînée unidirectionnelle

• _recursions : enregistre le nombre de réentrées

• _object : objet Monitor stocké

Lorsque le thread qui obtient l'objet Monitor entre dans la zone _owner , _count+1, si le thread Lorsque la méthode wait() est appelée, l'objet Monitor sera libéré (verrou libéré), _owner sera restauré à vide et _count-1. A ce moment, le thread entre dans la file d'attente _WaitSet, en attente d'être réveillé.

Il ressort de la description ci-dessus que la clé pour obtenir le verrou avec le mot-clé synchronisé réside dans l'en-tête de chaque objet. Cela explique également pourquoi tout objet stocké entre parenthèses synchronisées() peut obtenir le verrou.

Fonctionnalités synchronisées

Atomicité

L'atomicité signifie qu'une opération est soit terminée, soit non terminée. Il n'y a pas de situation à moitié terminée, ce qui signifie que cette opération est ininterrompue.

synchronisé peut garantir qu'un seul thread obtient le verrou en même temps et entre dans le bloc de code pour exécuter le code. Si vous ne comprenez pas cela, imaginez la scène suivante : il y a des toilettes avec une seule fosse, et. les toilettes sont également verrouillées. Afin d'éviter le phénomène non civilisé de plusieurs personnes allant aux toilettes ensemble, tout le monde doit se rendre chez le responsable des toilettes pour payer. Après avoir payé, ils peuvent obtenir la serrure avant d'aller aux toilettes. , ils rendront le sac au responsable des toilettes. Le responsable des toilettes synchronisé garantit qu'une seule personne à la fois peut obtenir la serrure et que chacun doit rendre la clé après avoir utilisé les toilettes.

Ensuite, consultez la méthode d'addition synchrone suivante :

public static void add() {
    synchronized (Demo.class) {
        counter++;
    }
}

Décompilez-la et visualisez le code :

javap -v -p Demo

public static void add();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC , ACC_SYNCHRONIZED
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=0
         0: ldc           #12                 // class
         2: dup
         3: astore_0
         4: monitorenter
         5: getstatic     #10                 // Field counter:I
         8: iconst_1
         9: iadd
        10: putstatic     #10                 // Field counter:I
        13: aload_0
        14: monitorexit
        15: goto          23
        18: astore_1
        19: aload_0
        20: monitorexit
        21: aload_1
        22: athrow
        23: return
      Exception table:

Vous pouvez voir qu'il y a deux instructions évidemment liées au moniteur :

• monitorenter : Après avoir jugé qu'il a l'indicateur de synchronisation ACC_SYNCHRONIZED, le thread qui entre en premier dans cette méthode aura en premier le propriétaire du moniteur. À ce moment, le compteur +1

• monitorexit : Une fois l'exécution terminée. et sort, le compteur -1, revient à 0 et est remplacé par un autre Le thread entrant obtient

visibilité

La visibilité signifie que lorsque plusieurs threads accèdent à la même variable, et qu'un thread modifie la valeur de cette variable, les autres threads peut immédiatement le sentir et voir la valeur modifiée. La visibilité des threads est étroitement liée à JMM. Dans le prochain article, nous explorerons comment utiliser le mot-clé volatile pour obtenir de la visibilité

Et Synchronized a de la visibilité, car il verrouille et libère les verrous avec la sémantique suivante :

• Avant qu'un thread ne se verrouille, il doit être effacé La valeur de la variable partagée dans la mémoire de travail, lisant ainsi la dernière valeur de la variable partagée dans la mémoire principale.

• Lorsque le thread libère le verrou, la valeur de la variable partagée doit être actualisée dans la mémoire principale.

• La visibilité de synchronisé dépend de l'implémentation du mutex du noyau du système d'exploitation, ce qui équivaut au verrouillage et au déverrouillage dans la JVM. Lors de la sortie du bloc de code, les variables partagées doivent être actualisées dans la mémoire principale. le mot-clé volatile. volatile La visibilité des mots-clés repose sur des barrières de mémoire (également appelées barrières de mémoire).

La commande

comme si-série consiste à garantir que quelle que soit la façon dont le compilateur et le processeur réorganisent les instructions pour l'optimisation des performances, il est nécessaire de garantir l'exactitude des résultats d'exécution sous un seul thread. C'est-à-dire : Si vous observez au sein de ce fil, toutes les opérations sont dans l'ordre, Si vous observez un autre fil dans un fil, toutes les opérations sont dans le désordre.

Notez que l'ordre ici est différent de volatile. Il n'est pas volatile, ce qui empêche la réorganisation des instructions.

Verrou réentrant

Le concept d'un verrou réentrant est très simple, c'est-à-dire qu'un thread peut acquérir le verrou d'objet qu'il détient plusieurs fois. Ce type de verrou est un verrou réentrant pour lequel le même nombre de verrous doit être libéré. la même serrure. Dans l'objet verrou synchronisé, il existe un compteur permettant d'enregistrer le nombre de fois où le verrou est acquis, c'est-à-dire le nombre de réentrants.

Le processus de mise à niveau du verrouillage

Les verrous synchronisés ont quatre états de mise à niveau alternatifs : pas de verrouillage, verrouillage biaisé, verrouillage léger et poids lourd. Ces états dégénèrent progressivement avec la situation de concurrence Un sera ajouté plus tard. Schéma complet de mise à niveau du verrouillage .

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!