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。

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