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关于java:Java并发sychronized关键字

jiezi

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1. synchronized 实现前提

1.1 对象监视器 monitor

任何一个对象都有一个 monitor 对象与之关联

monitor 提供线程阻塞和唤醒机制

当一个 monitor 被某个线程持有，它将处于锁定状态（获取锁）

ObjectMonitor() {
    _header       = NULL;
    _count        = 0;  // 锁计数器,sychronized 是可重入锁
    _waiters      = 0,  
    _recursions   = 0;
    _object       = NULL;
    _owner        = NULL; // 标识持有锁的线程
    _WaitSet      = NULL; // 期待队列，与 Object 的 wait()和 notify()无关
    _WaitSetLock  = 0 ;
    _Responsible  = NULL ;
    _succ         = NULL ;
    _cxq          = NULL ;
    FreeNext      = NULL ;
    _EntryList    = NULL ; // 同步队列，尝试获取锁的线程会进入 EntryList，如果胜利取得锁，则设置 monitor 的_owner 为，如果没有胜利取得锁，在 EntryList 中阻塞期待
    _SpinFreq     = 0 ;
    _SpinClock    = 0 ;
    OwnerIsThread = 0 ;
  }

外围字段

  • _count：计数器，如果为 0，示意没有线程取得锁，如果不为 0，示意有线程获得锁（能够实现可重入锁，持有锁的线程每尝试再次获取锁，计数器都会 +1）
  • _owner：标识持有锁的线程
  • _EntryList：一个线程如何尝试获取锁，会进入_EntryList，如果取得锁胜利，将 _owner 批改为本人；如果取得锁失败，则会在同步队列 EntryList 中阻塞期待
  • _waitSet：期待队列，与 Object 的 wait()和 notify()无关，如果一个线程在持有锁时，调用了其 wait()，那么该线程会进入其_waitSet 中，阻塞，并开释锁，晓得有其余线程在持有锁时，调用其 notify()将线程唤醒

1.2 JVM 提供的指令

synchronized 在 JVM 中通过 monitorenter 指令 和 monitorexit 指令 来进入和退出同步代码块

  • monitorenter 指令

    编译器会将 monitorenter 插入在同步代码块开始的地位，执行该指令时，会尝试获取通同步对象的 monitor 对象的所有权（尝试取得锁）

  • monitorexit 指令

    编译器会将 monitorexit 插入在同步代码块的完结处或异样处，开释同步对象的 monitor 对象的所有权（开释锁）

1.3 Mark Word

对象由三个局部组成——对象头，实例数据，对齐填充

对象头构造如下（非数组 2 个字，数组 3 个字）

  • 第一个字——Mark Word
  • 第二个字——指向对象 Class 对象的指针
  • 第三个字——数组长度

sychronized 的实现与 Mark Word无关

1.4 栈帧中的锁记录

线程的栈帧中有一块空间——锁记录

  • 线程如果成绩获取偏差锁，会在锁记录中存储偏差锁偏差的线程 ID
  • 在尝试获取轻量级锁前，会把对象头的 Mark Word 复制到本人的锁记录中

2. 锁降级

JDK1.6 前，sychronzied 是重量级锁

JDK1.6 做了优化，对锁进行了分类——无锁，偏差锁，轻量级锁，重量级锁

2.1 锁降级过程

  • 偏差锁

    持有偏差锁的线程应用完不会被动开释锁

    下一个线程尝试获取偏差锁，会尝试通过 CAS 将 Mark Word 中的线程 ID 替换为本人的，如果原来持有锁的线程曾经完结了同步代码块，那么替换就会胜利，下一个线程就会获得锁

  • 轻量级锁

    持有锁的线程应用完后会尝试开释锁，如果开释失败，则降级为重量级锁

  • 重量级锁

    会阻塞未获取锁的线程，除了重量级锁，其余状况下，未持有锁的线程不会阻塞

2.2 各个锁的优缺点

锁 长处 毛病 实用场景
偏差锁 加锁和解锁不须要额定耗费 如果线程间存在锁竞争，撤销锁会带来额定耗费 实用于只有一个线程拜访同步代码块的状况
轻量级锁 竞争锁的线程不会阻塞，放慢响应速度 如果应用竞争不到锁，自旋会耗费 CPU 性能 谋求响应速度
重量级锁 竞争锁的线程阻塞，不耗费 CPU 线程阻塞，响应工夫慢 谋求吞吐量，同步代码快执行工夫较长

3. sychronized 的内存语义

  • 保障可见性

    • 编译器会将 monitorenter 指令 插入在同步代码块开始的地位，当线程执行到该指令时，会尝试获取同步对象的 monitor 的所有权（尝试获取锁），如果获取胜利，则胜利取得锁——JMM 会将线程对应的本地内存设置为有效，从而使得该线程执行同步代码块时必须从主内存读取共享变量
    • 编译器会将 monitorexit 指令 插入在同步代码块的完结处或异样处，当线程执行到该指令时，会开释同步对象的 monitor 的所有权(开释锁)，JMM 会把线程本地内存中的正本刷新到主内存中

  • 保障原子性

    只容许一个线程取得锁后执行同步代码块

  • 保障有序性

    JMM 不容许同步语句与非同步语句重排序，然而容许同步代码块外在不扭转后果的前提下进行重排序（JMM 尽管容许同步代码块内重排序，然而在程序员看来仍是有序的）

4. volatile 与 sychronized 的区别

  1. volatile 更轻量，不须要加锁，不会阻塞线程
  2. sychronized 能够保障复合语句的原子性，volatile 不行
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