Java에서 동기화의 원리는 무엇입니까-java지도 시간-php.cn

Synchronized

Object 구조의 소스 코드 수준 분석

Synchronized는 Java의 암시적 잠금이며 잠금 해제는 모두 암시적이며 완전히 JVM에 맡겨져 있어 동기화된 키워드를 이해한 후 작동할 수 있습니다. 이전에 가장 먼저 배워야 할 지식 포인트는 Java의 객체 구조입니다. 왜냐하면 동기화된 잠금은 Java 객체에 저장되기 때문입니다. Java 객체 구조는 아래 그림과 같습니다.

Java에서 동기화의 원리는 무엇입니까

Java 객체가 세 가지로 구성되어 있음을 확실히 알 수 있습니다. 부분은 개체 헤더, 인스턴스 데이터 및 채우기 데이터입니다. 잠금은 개체 헤더에 저장됩니다. 다음으로 개체 구조에 대한 간단한 분석을 수행합니다.

mark-down: 개체 표시 필드는 8바이트를 차지합니다. , 잠금의 플래그 비트에 대한 정보 및 기타 정보를 저장하는 데 사용됩니다. 그림에서 볼 수 있듯이 해시 값, 경량 잠금 플래그 비트, 바이어스 잠금 플래그 비트 등이 있습니다.
Klass 포인터: Class 객체의 유형 포인터로, 현재 객체가 속한 Class가 기본적으로 jdk1.8에서는 압축 포인터를 켠 후 4바이트를 차지하고, 끈 후에는 8바이트를 차지합니다. 압축 포인터.
객체의 실제 데이터: 이 부분에는 객체의 모든 멤버 변수가 포함됩니다. 크기는 각 멤버 변수에 따라 결정됩니다. 예를 들어 byte는 1byte를 차지하고 int는 4byte를 차지합니다.
채우기: 콘텐츠의 이 부분은 단지 공간 완성을 위한 것이며 자리 표시자 역할을 합니다. 왜냐하면 HotSpot 가상 머신의 메모리 관리 시스템에서는 개체의 시작 주소가 8바이트의 정수 배수여야 하기 때문입니다. 따라서 객체 인스턴스가 정렬되지 않은 경우 이를 보완하기 위해 채워야 합니다.

마크다운 잠금 유형 마크를 보면 잠금 프리, 바이어스 잠금, 경량 잠금, 헤비웨이트 잠금, GC 마크 총 5가지 유형이 있음을 알 수 있으므로 2비트만 사용하면 마크 완전히 표현할 수 없기 때문에 바이어스 잠금 마크가 도입되었습니다. 즉, 001은 잠금 없음을 의미하고 101은 바이어스 잠금을 의미합니다.

모니터 개체

위에서 개체 구조를 소개하면 다양한 잠금 정보가 Mark-down에 저장되는 것을 볼 수 있습니다. 잠금 상태가 Heavyweight Lock(10)이면 모니터에 대한 포인터가 Mark-down에 저장됩니다. down 개체에 대한 포인터입니다. 이 모니터 개체는 모니터 잠금이라고도 합니다.

동기화의 작동 메커니즘은 JVM이 공유 객체에서 다양한 경쟁 상황을 감지하면 자동으로 적절한 잠금 구현으로 전환하는 것입니다. 이 전환은 잠금의 업그레이드 또는 다운그레이드입니다. (잠금은 업그레이드만 가능하고 다운그레이드는 불가능하다고 말하는 곳이 많습니다. 사실 이 진술은 잘못된 것입니다. "The Art of Java Concurrent 프로그래밍"이라는 책에서는 편향된 잠금의 경우 잠금으로 다운그레이드할 수 있다고 말합니다. 자유 상태이며 이를 편향된 잠금 취소라고 합니다).

현재 바이어스 잠금, 경량 잠금, 중량 잠금이라는 세 가지 모니터 구현이 있습니다. 스레드가 모니터를 보유하면 잠금을 획득합니다.

Java의 Monitor는 C++의 ObjectMonitor를 기반으로 구현됩니다. 주요 멤버는 다음과 같습니다.

_owner: ObjectMonitor 개체를 보유하는 스레드를 가리킵니다.
_WaitSet: 스레드 대기열을 대기 상태로 저장합니다. wait() 메소드 스레드
_EntryList: 잠금 블록 상태를 기다리는 스레드 큐를 저장합니다.
_count: 대략 _WaitSet+_EntryList 노드 수의 합
_cxq: 여러 스레드가 lock, 이 단방향 연결 리스트에 먼저 저장됩니다
_recursions: 재진입 횟수를 기록합니다
_object: 저장된 Monitor 객체

Monitor 객체를 획득한 스레드가 _owner 영역에 진입할 때 , _count+1, 스레드가 wait() 메서드가 호출되면 Monitor 개체가 해제되고(잠금이 해제됨) _owner는 빈 상태로 복원되고 _count-1이 됩니다. 이때 스레드는 _WaitSet 큐에 들어가 깨어나기를 기다리고 있습니다.

위의 설명에서 볼 수 있듯이 동기화된 키워드를 사용하여 잠금을 획득하는 열쇠는 각 객체의 객체 헤더에 있습니다. 이는 또한 동기화() 대괄호에 저장된 모든 객체가 잠금을 획득할 수 있는 이유를 설명합니다.

동기화된 기능

원자성

원자성은 작업이 완료되었거나 완료되지 않았음을 의미하며, 절반만 완료된 상황이 없으며 이는 이 작업이 중단되지 않음을 의미합니다.

synchronized는 단 하나의 스레드만 동시에 잠금을 획득하고 코드 블록에 들어가 코드를 실행하도록 보장합니다. 이것을 이해하지 못한다면 다음 장면을 상상해 보십시오. 구덩이가 하나뿐입니다. 화장실도 잠겨 있습니다. 여러 사람이 함께 화장실에 가는 미개한 현상을 방지하기 위해 모두가 화장실 관리인에게 가서 요금을 지불해야 합니다. 화장실을 사용한 후에는 자물쇠를 받을 수 있습니다. , 그들은 가방을 화장실 관리인에게 반납합니다. 동기화된 화장실 관리인은 한 번에 한 사람만 자물쇠를 얻을 수 있도록 하며, 화장실을 사용한 후에는 모든 사람이 열쇠를 반납해야 합니다.

다음으로 다음 동기식 추가 방법을 참조하세요.

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

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디컴파일하고 코드를 확인하세요.

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:

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모니터와 분명히 관련된 두 가지 명령이 있는 것을 볼 수 있습니다.

monitorenter: 동기화 플래그 ACC_SYNCHRONIZED가 있다고 판단한 후 이 메서드에 먼저 진입한 스레드가 먼저 모니터 소유자를 갖게 됩니다. 이때 카운터는 +1
monitorexit: 실행이 완료됩니다. 그리고 종료하면 카운터 -1이 0으로 돌아가고 다른 스레드로 대체됩니다. 들어오는 스레드는

visibility

가시성을 얻습니다. 가시성은 여러 스레드가 동일한 변수에 액세스하고 하나의 스레드가 이 변수의 값을 수정하면 다른 스레드가 이 변수의 값을 수정한다는 것을 의미합니다. 즉시 감지하고 수정된 값을 볼 수 있습니다. 스레드 가시성은 JMM과 밀접한 관련이 있습니다. 다음 기사에서는 휘발성 키워드를 사용하여 가시성을 확보하는 방법을 살펴보겠습니다.

그리고 동기화에는 잠금 잠금 및 해제에 대한 다음과 같은 의미가 있기 때문에 가시성이 있습니다.

스레드가 잠기기 전에 스레드를 지워야 합니다. 작업 메모리에 있는 공유 변수의 값을 읽어 메인 메모리에서 공유 변수의 최신 값을 읽어옵니다.
스레드가 잠금을 해제하면 공유 변수의 값이 메인 메모리로 새로 고쳐져야 합니다.
동기화의 가시성은 운영 체제 커널 뮤텍스 구현에 따라 달라집니다. 이는 JVM의 잠금 및 잠금 해제와 동일하며, 공유 변수는 메인 메모리로 새로 고쳐져야 합니다. 휘발성 키워드 휘발성 키워드의 가시성은 메모리 장벽(메모리 펜스라고도 함)에 따라 달라집니다.

Ordering

as-if-serial은 성능 최적화를 위해 컴파일러와 프로세서가 지침을 어떻게 재정렬하더라도 단일 스레드에서 실행 결과의 정확성을 보장하는 데 필요합니다. 즉, 이 스레드 내에서 관찰하면 모든 작업이 순서대로 진행됩니다, 한 스레드에서 다른 스레드를 관찰하면 모든 작업이 순서대로 진행되지 않습니다.

여기서의 순서는 휘발성과 다릅니다. 명령 재정렬을 방지하는 것은 휘발성이 아닙니다.