synchronized 异常_面试官，别挂电话，Synchronized，我还能说上半小时

面试官，别挂电话，Synchronized，我还能说上半小时。

Synchronized关键字，经常被用于线程同步。执行Synchronized修饰的同步代码块的线程，首先会获得“对象的锁”，如果有其他线程尝试执行同步代码块，会阻塞，直到该线程执行完同步代码，释放“对象锁”。上面的概念，肯定不陌生，但是对象锁具体是什么，或许你不太清楚，本文从其底层原理出发，详细解读Synchronized关键字

Synchronized关键字概念

synchronized是Java中关键字，是利用锁机制来实现同步，锁机制有如下两种特性

互斥性（也叫原子性)：同一时刻只允许一个线程获取对象锁
可见性：线程获取对象锁后，会清空线程工作内存中的同步代码块使用到的共享变量
对象释放锁前，会将线程工作内存中对共享变量的修改刷新回主内存

对象锁与类锁

在Java中，每个对象都会有一个monitor对象，monitor对象其实就是经常说的，对象锁或者称为监视器锁。而类锁(类似使用Synchronized(Object.class)), 其实是通过对象锁实现，如果熟悉类加载机制，肯定知道，类加载的同时，会在堆中，new一个Class对象。此Class对象的monitor对象就是类锁，由此可知，每个类只有一个类锁

对象头

Java对象在内存中存储的布局可以分为三块区域: 对象头、实例数据、对齐填充。对象头,分为两个部分,第一个部分存储对象自身的运行时数据，又称为Mark Word,32位虚拟机占32bit，64位虚拟机占64bit。如图所示，不同锁状态下，Mark Word的结构.第二部分存储类指针

对象锁原理(Monitor)

Java虚拟机中,monitor是由ObjectMonitor实现的,主要数据结构如下

1 ObjectMonitor() {2     _header       = NULL;//markOop对象头3     _count        = 0;4     _waiters      = 0,//等待线程数5     _recursions   = 0; //重入次数6     _object       = NULL;7     _owner        = NULL;//指向获得ObjectMonitor对象的线程8     _WaitSet      = NULL;//处于wait状态的线程，会被加入到wait set；9     _WaitSetLock  = 0 ;
10     _Responsible  = NULL ;
11     _succ         = NULL ;
12     _cxq          = NULL ;
13     FreeNext      = NULL ;
14     _EntryList    = NULL ;//处于等待锁block状态的线程，会被加入到entry set；
15     _SpinFreq     = 0 ;
16     _SpinClock    = 0 ;
17     OwnerIsThread = 0 ;// _owner is (Thread *) vs SP/BasicLock
18     _previous_owner_tid = 0;// 监视器前一个拥有者线程的ID
19   }

ObjectMonitor主要有几个需要关注的成员变量

_owner:指向获得ObjectMonitor对象的线程
_EntryList: 处于等待锁block状态的线程，会被加入到entry set
_WiatSet: 处于wait状态的线程，会被加入到wait set(调用同步对象wait方法)

多个线程同时访问一段同步代码时,首先会进入_EntryList集合,进行阻塞等待, 当线程获取到对象的monitor后进入owner区域,并把monitor中的_owner变量指向该线程,同时monitor中的计数器count自加一,若线程调用同步对象的wait()方法将释放当前持有的monitor,_owner变量重置为null,count自减一,同时该线程进入_WaitSet中等待唤醒,线程执行完同步代码块后,也将_Owner和count变量重置.

代码块加锁解锁过程

public class SyncCodeBlock{public int i;public void syncTask(){synchronized(this) {i++;}}
}

反编译后,得到上述代码的字节码

public void syncTask();Code:0: aload_01: dup2: astore_13: monitorenter4: aload_05: dup6: getfield      #2                  // Field i:I9: iconst_110: iadd11: putfield      #2                  // Field i:I14: aload_115: monitorexit16: goto          2419: astore_220: aload_121: monitorexit22: aload_223: athrow24: return

从字节码中可以看出,Synchronized底层是使用monitorenter,monitorexit指令实现线程同步.

执行monitorenter指令时,线程将尝试获取同步对象的锁(即monitor对象),若monitor的count变量(记录线程进入次数)为0, 则将count设置为1,_owner设置为当前线程,``.取锁成功.如果线程已拥有该对象锁,则可以重入该锁.重入时count计算器的值也会加一
指向monitorexit指令时,执行器将count计数器减一,当计数器为0时,其他线程将有机会持有

monitor.值得注意的是,编译器会确保无论方法通过何种方式完成,方法中调用过的每条monitorenter指令都会执行相应的monitorexit指令.无论此方法是正常结束还是异常结束.

如果方法异常完成,编译器会自动产生一个异常处理器,异常处理器的目的就是用来执行monitorexit指令.从字节码中也可以看出多了一个monitorexit指令.它就是异常结束时被执行的释放monitor指令.

方法体加锁解锁过程

public class Main{public int i;public synchronized void syncTask(){i++;}
}

反编译上述代码后,得到如下字节码

public synchronized void syncTask();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZEDCode:stack=3, locals=1, args_size=10: aload_01: dup2: getfield      #2                  // Field i:I5: iconst_16: iadd7: putfield      #2                  // Field i:I10: return

方法体的同步时隐式,即无需字节码指令来控制.JVM可以从方法常量池中的方法表结构(method_info structure)中的ACC_SYNCHRONIZED访问标志来区分一个方法是否同步方法.

当调用方法时,检测方法的`ACC_SYNCHRONIZED``是否被设置,如果设置了,线程需先持有该对象的monitor,然后执行方法,最后方法完成时释放monitor.

如果一个同步方法执行期间抛出了异常,并且方法内部无法处理此异常,那这个同步方法所持有的monitor将在异常抛到同步方法之外时自动释放.