18.10 字节码指令集与解析举例 - 同步控制指令
创始人
2024-03-25 12:54:07
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同步控制指令

组成
java虚拟机支持两种同步结构:方法级的同步方法内部一段指令序列的同步,这两种同步都是使用monitor来支持的。

方法级的同步

方法级的同步:是隐式的,即无须通过字节码指令来控制,它实现在方法调用和返回操作之中。虚拟机可以从方法常量池的方法表结构中的ACC_ SYNCHRONIZED 访问标志得知一个方法是否声明为同步方法;

当调用方法时,调用指令将会检查方法的ACC_ SYNCHRONIZED访问标志是否设置。

  • 如果设置了,执行线程将先持有同步锁,然后执行方法。最后在方法完成(无论是正常完成还是非正常完成)时释放同步锁
  • 在方法执行期间,执行线程持有了同步锁,其他任何线程都无法再获得同一个锁。
  • 如果一个同步方法执行期间抛出了异常,并且在方法内部无法处理此异常,那这个同步方法所持有的锁将在异常抛到同步方法之外时自动释放。

注意:

一个方法无论是否添加synchronized,你都无法在字节码中看出区别,例如:

在这里插入图片描述

是否是同步方法在字节码文件中你是无法看出区别的,但是可以在方法访问标识中看出区别

说明:
这段代码和普通的无同步操作的代码没有什么不同,没有使用monitorenter和monitorexit进行同步区控制。这是因为,对于同步方法而言,当虚拟机通过方法的访问标示符判断是一个同步方法时,会自动在方法调用前进行加锁,当同步方法执行完毕后,不管方法是正常结束还是有异常抛出,均会由虚拟机释放这个锁。因此,对于同步方法而言,monitorenter 和monitorexit指令是隐式存在的,并未直接出现在字节码中。

方法内指令指令序列的同步

同步一段指令集序列:通常是由java中的synchronized语句块来表示的。jvm的指令集有monitorenter 和monitorexit两条指令来支持synchronized关键字的语义。

当一个线程进入同步代码块时,它使用monitorenter指令请求进入。如果当前对象的监视器计数器为0,则它会被准许进入若为1,则判断持有当前监视器的线程是否为自己,如果是,则进入,否则进行等待,直到对象的监视器计数器为0,才会被允许进入同步块。

当线程退出同步块时,需要使用monitorexit声明退出。在Java虚拟机中,任何对象都有一个监视器与之相关联,用来判断对象是否被锁定,当监视器被持有后,对象处于锁定状态。
指令monitorenter和monitorexit在执行时,都需要在操作数栈顶压入对象,之后monitorenter和monitorexit的锁定和释放都是针对这个对象的监视器进行的。

下图展示了监视器如何保护临界区代码不同时被多个线程访问,只有当线程4离开临界区后,线程1、2、3才有可能进入。

在这里插入图片描述

编译器必须确保无论方法通过何种方式完成,方法中调用过的每条monitorenter指令都必须执行其对应的monitorexit指令,而无论这个方法是正常结束还是异常结束。
为了保证在方法异常完成时monitorenter和monitorexit指令依然可以正确配对执行,编译器会自动产生一个异常处理器这个异常处理器声明可处理所有的异常,它的目的就是用来执行monitorexit指令

例子:

在这里插入图片描述

操作数栈中的对象和monitorenter结合起来可以让线程获取锁,做法就是让对象的监视器标记从0变成1,这就代表该线程上锁了,然后在操作数栈的aload_1和monitorexit结合起来就可以让线程解锁,做法就是让对象的监视器标记从1变成0,这个解锁需要在方法退出之前完成,如果方法执行过程中出现了任何异常,将会跳到异常处理的字节码处执行相关代码,如果异常处理的字节码部分出现了问题,那就重新执行异常处理的字节码,这些内容都在异常表中写的很明确,其中异常表也在上面截图中。

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