Java并发编程（二）synchronized

_空白_
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1.synchronized的使用方式

  • synchronized方法
public class Sync {  
    public synchronized void sync() {  
        // do something
    }  
}
  • synchronized代码块
public class Sync {  
    public void sync() {  
        synchronized(this){  
        // do something  
        }  
    }  
}

类锁和对象锁

  • 类锁：基础类的Class对象加锁（当synchronized修饰静态方法时是使用当前类的Class加锁）

  • 对象锁：基于new出的对象加锁（当synchronized修饰普通方法时是使用this对象加锁）

2.synchronized的实现

synchronized锁是基于对象实现的！ synchronized是基于对象实现的互斥锁，了解synchronized的实现需要先了解对象在内存中是如何存储的。

image.png

64位操作系统中 image.png

在Java中查看。

导入依赖：

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.9</version>
</dependency>

查看对象信息

image.png

初始化的对象是无锁状态

3.synchronized锁升级

synchronized在jdk1.6之前，一直是重量级锁：只要线程获取锁资源失败，直接挂起线程（用户态-内核态）

JDK团队在jdk1.6对synchronized进行了以下优化

锁升级：

  • 无锁状态、匿名偏向状态：没有线程拿锁。
  • 偏向锁状态：没有线程的竞争，只有一个线程再获取锁资源。 线程竞争锁资源时，发现当前synchronized没有线程占用锁资源，并且锁是偏向锁，使用CAS的方式，设置o的线程ID为当前线程，获取到锁资源，下次当前线程再次获取时，只需要判断是偏向锁，并且线程ID是当前线程ID即可，直接获得到锁资源。
  • 轻量级锁：偏向锁出现竞争时，会升级到轻量级锁（触发偏向锁撤销）。 轻量级锁的状态下，线程会基于CAS的方式，尝试获取锁资源，CAS的次数是基于自适应自旋锁实现的，JVM会自动的基于上一次获取锁是否成功，来决定这次获取锁资源要CAS多少次。
  • 重量级锁：轻量级锁CAS一段次数后，没有拿到锁资源，升级为重量级锁（其实CAS操作是在重量级锁时执行的）。 重量级锁就是线程拿不到锁，就挂起。

偏向锁是延迟开启的，并且在开启偏向锁之后，默认不存在无锁状态，不存在从重量级锁降级到偏向或者是轻量，只存在匿名偏向synchronized。

synchronized在偏向锁升级到轻量锁时，会涉及到偏向锁撤销，需要等到一个安全点，stw，才可以撤销，并发偏向锁撤销比较消耗资源 在程序启动时，偏向锁有一个延迟开启的操作，因为项目启动时，ClassLoader会加载.class文件，这里会涉及到synchronized操作， 为了避免启动时，涉及到偏向锁撤销，导致启动效率变慢，所以程序启动时，默认不是开启偏向锁的。 如果在开启偏向锁的情况下，查看对象默认对象是匿名偏向。

编译器优化：

锁消除：线程在执行一段synchronized代码块时，发现没有共享数据的操作，自动帮你把synchronized去掉。

锁膨胀：在一个多次循环的操作中频繁的获取和释放锁资源，synchronized在编译时，可能会优化到循环外部。

PS：

  • 当一个对象已经计算过identity hash code，它就无法进入偏向锁状态；
  • 当一个对象当前正处于偏向锁状态，并且需要计算其identity hash code的话，则它的偏向锁会被撤销，并且锁会膨胀为轻量级锁或者重量锁；
  • 轻量级锁的实现中，会通过线程栈帧的锁记录存储Displaced Mark Word；重量锁的实现中，ObjectMonitor类里有字段可以记录非加锁状态下的mark word（volatile markOop _header;），其中可以存储identity hash code的值。

4.synchronized-ObjectMonitor

涉及ObjectMonitor一般是到达了重量级锁才会涉及到。

在到达重量级锁之后，重量级锁的指针会指向ObjectMonitor对象。

hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u…

  ObjectMonitor() {
    _header       = NULL;
    _count        = 0;     // 抢占锁资源的线程个数
    _waiters      = 0,     // 调用wait的线程个数。
    _recursions   = 0;     // 可重入锁标记，
    _object       = NULL; 
    _owner        = NULL;  // 持有锁的线程
    _WaitSet      = NULL;  // wait的线程  （双向链表）
    _WaitSetLock  = 0 ;
    _Responsible  = NULL ;
    _succ         = NULL ;  // 假定的继承人（锁释放后，被唤醒的线程，有可能拿到锁资源）
    _cxq          = NULL ;  // 挂起线程存放的位置。（单向链表）
    FreeNext      = NULL ;
    _EntryList    = NULL ;  // _cxq会在一定的机制下，将_cxq里的等待线程扔到当前_EntryList里。  （双向链表）
    _SpinFreq     = 0 ;
    _SpinClock    = 0 ;
    OwnerIsThread = 0 ;
    _previous_owner_tid = 0;
  }
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