关于面试:面试突击39synchronized底层是如何实现的

想理解 synchronized 是如何运行的?就要先搞清楚 synchronized 是如何实现?
synchronized 同步锁是通过 JVM 内置的 Monitor 监视器实现的,而监视器又是依赖操作系统的互斥锁 Mutex 实现的,那接下来咱们先来理解一下监视器。

监视器

监视器是一个概念或者说是一个机制,它用来保障在任何时候,只有一个线程可能执行指定区域的代码。

一个监视器像是一个修建,修建里有一个非凡的房间,这个房间同一时刻只能被一个线程所占有。一个线程从进入该房间到来到该房间,能够全程独占该房间的所有数据。进入该修建叫做进入监视器(entering the monitor),进入该房间叫做取得监视器(acquiring the monitor),单独占有该房间叫做领有监视器(owning the monitor),来到该房间叫做开释监视器(releasing the monitor),来到该修建叫做退出监视器(exiting the monitor)。

严格意义来说监视器和锁的概念是不同的,但很多中央也把二者互相指代。

底层实现

上面咱们在代码中增加一个 synchronized 代码块,来察看一下它在字节码层面是如何实现的?示例代码如下:

public class SynchronizedToMonitorExample {
    public static void main(String[] args) {
        int count = 0;
        synchronized (SynchronizedToMonitorExample.class) {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                count++;
            }
        }
        System.out.println(count);
    }
}

当咱们将上述代码编译成字节码之后,失去的后果是这样的:

从上述后果咱们能够看出,在 main 办法中多了一对 monitorenter 和 monitorexit 的指令,它们的含意是:

  • monitorenter:示意进入监视器。
  • monitorexit:示意退出监视器。

由此可知 synchronized 是依赖 Monitor 监视器实现的。

执行流程

在 Java 中,synchronized 是非偏心锁,也是能够重入锁
所谓的非偏心锁是指,线程获取锁的程序不是依照拜访的程序先来先到的,而是由线程本人竞争,随机获取到锁。
可重入锁指的是,一个线程获取到锁之后,能够反复失去该锁。这些内容是了解接下来内容的前置常识。
在 HotSpot 虚拟机中,Monitor 底层是由 C++实现的,它的实现对象是 ObjectMonitor,ObjectMonitor 构造体的实现如下:

ObjectMonitor::ObjectMonitor() {  
  _header       = NULL;  
  _count       = 0;  
  _waiters      = 0,  
  _recursions   = 0;       //线程的重入次数
  _object       = NULL;  
  _owner        = NULL;    //标识领有该monitor的线程
  _WaitSet      = NULL;    //期待线程组成的双向循环链表,_WaitSet是第一个节点
  _WaitSetLock  = 0 ;  
  _Responsible  = NULL ;  
  _succ         = NULL ;  
  _cxq          = NULL ;    //多线程竞争锁进入时的单向链表
  FreeNext      = NULL ;  
  _EntryList    = NULL ;    //_owner从该双向循环链表中唤醒线程结点,_EntryList是第一个节点
  _SpinFreq     = 0 ;  
  _SpinClock    = 0 ;  
  OwnerIsThread = 0 ;  
} 

在以上代码中有几个要害的属性:

  • _count:记录该线程获取锁的次数(也就是前前后后,这个线程一共获取此锁多少次)。
  • _recursions:锁的重入次数。
  • _owner:The Owner 拥有者,是持有该 ObjectMonitor(监视器)对象的线程;
  • _EntryList:EntryList 监控汇合,寄存的是处于阻塞状态的线程队列,在多线程下,竞争失败的线程会进入 EntryList 队列。
  • _WaitSet:WaitSet 待受权汇合,寄存的是处于 wait 状态的线程队列,当线程执行了 wait() 办法之后,会进入 WaitSet 队列。

监视器执行的流程如下:

  1. 线程通过 CAS(比照并替换)尝试获取锁,如果获取胜利,就将 _owner 字段设置为以后线程,阐明以后线程曾经持有锁,并将 _recursions 重入次数的属性 +1。如果获取失败则先通过自旋 CAS 尝试获取锁,如果还是失败则将以后线程放入到 EntryList 监控队列(阻塞)。
  2. 当领有锁的线程执行了 wait 办法之后,线程开释锁,将 owner 变量复原为 null 状态,同时将该线程放入 WaitSet 待受权队列中期待被唤醒。
  3. 当调用 notify 办法时,随机唤醒 WaitSet 队列中的某一个线程,当调用 notifyAll 时唤醒所有的 WaitSet 中的线程尝试获取锁。
  4. 线程执行完开释了锁之后,会唤醒 EntryList 中的所有线程尝试获取锁。

以上就是监视器的执行流程,执行流程如下图所示:

总结

synchronized 同步锁是通过 JVM 内置的 Monitor 监视器实现的,而监视器又是依赖操作系统的互斥锁 Mutex 实现的。JVM 监视器的执行流程是:线程先通过自旋 CAS 的形式尝试获取锁,如果获取失败就进入 EntrySet 汇合,如果获取胜利就领有该锁。当调用 wait() 办法时,线程开释锁并进入 WaitSet 汇合,等其余线程调用 notify 或 notifyAll 办法时再尝试获取锁。锁应用完之后就会告诉 EntrySet 汇合中的线程,让它们尝试获取锁。

参考资料

www.cnblogs.com/freelancy/p/15625602.html

blog.csdn.net/qq_43783527/article/details/114669174

www.cnblogs.com/hongdada/p/14513036.html

是非审之于己,毁誉听之于人,得失安之于数。

公众号:Java面试真题解析

面试合集:https://gitee.com/mydb/interview

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