java synchronized加鎖和釋放流程詳解

更新時間：2025年05月16日 08:40:56 作者：程序黑板報

這篇文章主要介紹了java synchronized加鎖和釋放流程,具有很好的參考價值,希望對大家有所幫助,如有錯誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教

為什么需要加鎖

在多線程環(huán)境中，多個線程同時運行同一個方法時，如果其中有對某一個資源就行修改處理時，可能會存在先后操作的問題，使得邏輯不一致，程序運行的結果不時我們想要的。

線程如何加鎖

這里只講synchronized進行加鎖，并且只進行使用原理的闡述，其他加鎖方式使用另外的篇幅。

加鎖是為了避免多個線程同時進行邏輯處理時，可能會有數(shù)據(jù)不一致等情況從而影響程序的邏輯的準確性。所以我們可以使用一個對象，給該對象設置一個鎖狀態(tài)標記，其他線程要進行邏輯處理時需要把該狀態(tài)設置成功才能正常進行，不然就阻塞掛起。這里問題來了，如果是我們直接在代碼中添加一個狀態(tài)標志，那么多線程的情況下設置這個狀態(tài)下可能還是會有同時處理的情況。

這里我們可以依賴java提供的synchronized關鍵字。

java內存布局和監(jiān)視器鎖

剛剛我們提到，可以給對象設置一個鎖狀態(tài)標記，其實vjm已經(jīng)幫我們實現(xiàn)了，我們平常寫的java對象經(jīng)過編譯字節(jié)碼后，是會在內存中添加一個額外的信息的，這里就涉及到另一個概念，java對象的內存布局或者說java對象的數(shù)據(jù)結構。

當我們通過new關鍵字來新建一個對象時，jvm會在堆內存中開辟一塊內存存儲該對象實例，對象實例除了擁有我們自己定義的一些屬性方法等，還會擁有額外的其他的信息。

分為三塊：

對象頭

對象頭中會存儲有hashcode,GC信息，鎖標記等等。

實例數(shù)據(jù)

實例數(shù)據(jù)就是我們自定義的各個字段和方法信息。

填充對齊

簡單理解為虛擬機中存儲一個對象約定對象大小為8字節(jié)的整數(shù)倍，所以如果不夠的話會額外占用一點空間湊數(shù)。

好了，簡單說到這里就ok了，這里可以看到對象在實際運行過程中擁有鎖標記的，這里稱為監(jiān)視器鎖，實際上對象頭的鎖信息會更多，這里只是簡單概括一下。在程序中通過synchronize關鍵字進行加鎖的話，jvm會幫助我們標記該對象是由那個線程占有了，并且保證其他線程不會再擁有，只有當線程釋放了改對象的鎖后才可以重新進行鎖競爭。

同時synchorize關鍵詞能保證操作的對象是直接從內存中獲取的(內存可見性)。

使用方式如下：

public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {
        Task task = new Task();

        for (int i = 0; i< 50; i++) {
            new Thread(task).run();
        }

        System.out.println(task.getCount());
    }
}

class Task implements Runnable{
    private int count;

    private Object lock = new Object();

    public int getCount() {
        return count;
    }

    public void setCount(int count) {
        this.count = count;
    }

    @Override
    public void run() {
        int total = 0;
        while (++total <= 10000) {
            synchronized (lock) {
                count++;
            }
        }
    }
}

synchronized究竟鎖了誰

synchronized關鍵字的語法規(guī)則是定義在代碼塊中或者在定義方法時。

剛剛我們提到，java對象頭中有鎖標記，所以下面的邏輯就是對lock這個對象進行鎖競爭

while (++total <= 10000) {
    synchronized (lock) {
        count++;
    }
}

而如果我們synchronized是在方法中定義的話，則是對當前類的實例進行鎖競爭,這里就是C1的實例對象，也即是C1 c1 = new C1()中的c1;而如果程序中還有C1 c11 = new C1()的定義，那么是分開競爭的。也即是同一個對象才進行鎖競爭。

class C1{
    private int count;

    public synchronized void run() {
        int total = 0;
        while (++total <= 10000) {
           count++;
        }
    }
}

如果對象的方法是static的，那么進行鎖競爭的是類對象，這個是jvm進行class字節(jié)碼加載時生成的。

class C1{
    private int count;

    public static synchronized void run() {
        int total = 0;
        while (++total <= 10000) {
           count++;
        }
    }
}

至此，我們可以把監(jiān)視器鎖和synchronized關鍵字梳理了一遍。以上的重點信息是：java對象內存布局和監(jiān)視器鎖以及synchronized關鍵字的處理邏輯。如果需要深入可以對各個點進行往下研究。

線程的等待和喚醒

wait()方法

首先我們需要了解wait()方法的繼承體系，他是在Object對象的基類方法，也就是說所有的對象都擁有wait()方法。一個線程調用了java的wait()方法后，當前線程會被阻塞掛起，這里的調用指的是線程里面調用了加鎖對象的wait()方法。
線程被阻塞掛起后是需要喚醒的，下面會講到喚醒方法，但是也可以調用重載方法wait(long timeout)，讓線程被阻塞后超過一定時間還沒被喚醒而自動喚醒。

notify()方法

notify()方法也是繼承于Object對象。當某個線程調用了加鎖對象的notify方法后，會喚醒之前在該對象進行獲取監(jiān)視器鎖時失敗而被阻塞的線程，如果有多個線程同時被阻塞，notify()方法只會有一個線程被喚醒，如果需要喚醒全部，則可以調用notifyAll()方法。

所以面試中會被問到wait和notify的作用，可以側重的知識點是：

1.調用wait之前一定是獲取到鎖的，所以要保證在synchronized塊中。
2.調用wait后會釋放該對象的鎖。
3.調用notify()方法也要是獲取鎖, 也要保證在synchronized塊中。
4.調用notify()方法喚醒一個線程，調用notifyAll()方法喚醒全部被阻塞線程。
5.調用notify()或者notifyAll()方法只是喚醒了其他被阻塞的線程，他們有了重新競爭鎖的條件，但是當前線程還沒有釋放鎖的，只有調用了wait()方法才會釋放鎖。

用一個生產者消費者模型來看看wait和notify的用法。生產者消費者模型可以簡單理解為有一個容器，當里面沒有數(shù)據(jù)時生產者會往里面添加數(shù)據(jù)，滿了則暫停當前的工作等待消費者消費數(shù)據(jù)后通知他繼續(xù)添加。

消費者會往里面拿數(shù)據(jù)，沒有了數(shù)據(jù)則暫停工作等待生產者生產了數(shù)據(jù)并通知他繼續(xù)消費。

public static void main(String[] args) {
        Object lock = new Object();
        AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
        Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock) {
                    while (true) {
                        //如果隊列沒有數(shù)據(jù)，調用wait()方法，阻塞自己
                        if (queue.isEmpty()) {
                            try {
                                System.out.println("消費者線程阻塞");
                                lock.wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }

                        //如果隊列不為空，消費數(shù)據(jù)；如果線程被生產者通過notifyAll()方法喚醒后，線程重新獲取到鎖時是從這里執(zhí)行的
                        System.out.println("消費者線程消費數(shù)據(jù)： " + queue.poll());
                        //消費者消費后，喚醒可能由于之前隊列滿了而主動阻塞自己的生產者
                        lock.notifyAll();

                    }

                }
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock) {
                    while (true) {
                        //如果隊列數(shù)據(jù)滿了，調用wait()方法，阻塞自己
                        if (queue.size() > 10) {
                            System.out.println("生產者線程阻塞");
                            try {
                                lock.wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }

                        //如果隊列沒有滿，生產數(shù)據(jù); 如果被其他線程喚醒，在下次獲取到鎖的時候生產數(shù)據(jù)
                        System.out.println("生產者線程生產數(shù)據(jù)");
                        queue.add(counter.incrementAndGet());

                        //隊列有數(shù)據(jù)了，喚醒之前可能沒有數(shù)據(jù)而主動祖寺啊自己的消費者
                        lock.notifyAll();
                    }

                }
            }
        }).start();

    }