并发编程-synchronized

并发编程-synchronized

synchronized

字节码层面

Java提供了两种语义级同步：

synchronized修饰方法synchronized代码块

public class SyncTest { public void syncBlock(){ synchronized (this){ System.out.println("hello block"); } } public synchronized void syncMethod(){ System.out.println("hello method"); }}

对于方法级别的底层字节码是使用ACC_SYNCHRONIZED的方法标记

对于synchronized块底层字节码使用的是monitorenter和monitorexit的指令对

{ public void syncBlock(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=2, locals=3, args_size=1 0: aload_0 1: dup 2: astore_1 3: monitorenter // monitorenter指令进入同步块 4: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 7: ldc #3 // String hello block 9: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 12: aload_1 13: monitorexit // monitorexit指令退出同步块 14: goto 22 17: astore_2 18: aload_1 19: monitorexit // monitorexit指令退出同步块 20: aload_2 21: athrow 22: return Exception table: from to target type 4 14 17 any 17 20 17 any public synchronized void syncMethod(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED //添加了ACC_SYNCHRONIZED标记 Code: stack=2, locals=1, args_size=1 0: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 3: ldc #5 // String hello method 5: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 8: return }

synchronized在javac编译成字节码时，会生成相应的monitorenter和monitorexit指令，分别对应进入和退出同步代码块

之所以有两个monitorexit是为了在同步代码块抛异常后可以正常解锁，不会出现死锁

对于方法标志ACC_SYNCHRONIZED。在调用方法时如果发现方法被其修饰，则会尝试先获取锁

锁升级过程

引入锁升级降低了获取锁和释放锁带来的性能消耗

对象头：

在Java中任意对象都可以用作锁，在JVM中对象除了本身的数据还会有对象头，对象头存储markword和类型指针，数组对象还会有存储数组长度

当对象状态为偏向锁时，Mark Word存储的是偏向的线程ID；当状态为轻量级锁时，Mark Word存储的是指向线程栈中Lock Record的指针；当状态为重量级锁时，Mark Word为指向堆中的monitor对象的指针。

偏向锁：

引入原因：锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一个线程多次获取

加锁：

偏向锁会偏向于第一个访问锁对象的线程，会将该线程的线程ID CAS设置到对象头thread-id中，下次该线程再来访问临界区，只需要比对一下线程ID即可。连CAS替换都没有，性能最好

当其他线程想尝试获取锁，发现已经有偏向的线程了，则会尝试撤销偏向锁，改线程会在全局安全点查看偏向的线程是否还存活，如果存活则升级为轻量级锁，原偏向的线程继续拥有锁，当前线程则走入到锁升级的逻辑里，如果偏向的线程已经不存活或者不在同步块中，则将对象头的mark word改为无锁状态（unlocked），之后再升级为轻量级锁。

升级为轻量级锁的过程：

在全局安全点（该时间点无字节码执行）暂停拥有锁的线程遍历线程栈，如果拥有锁记录的话，需要恢复锁记录和markword，使其变为无锁状态唤醒被停止的线程，使当前锁升级为轻量级锁

撤销偏向锁：

偏向锁采取一种等到竞争出现才会释放锁的机制，所以当其他线程竞争锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁

轻量级锁：

多个线程在不同时间段获取同一把锁，也不存在竞争的情况，利用轻量级锁来避免线程的频繁阻塞和唤醒

加锁过程：

CAS将线程锁记录和锁对象的markword进行交换，成功则代表获取到锁如果是当前线程已经持有该锁了，代表这是一次锁重入。设置Lock Record第一部分（Displaced Mark Word）为null，起到了一个重入计数器的作用。然后结束。

轻量级锁的释放：

在释放锁时，当前线程会使用CAS操作将Displaced Mark 和Mark Word进行交换。如果没有发生竞争，则释放成功，如果有其他线程因为自旋多次导致轻量级锁升级成了重量级锁，那么CAS操作会失败，此时会释放锁并唤醒被阻塞的线程。

重量级锁：

重量级锁是利用操作系统底层的同步机制去实现的java中的线程同步

重量级锁的状态下，对象的mark word为指向一个堆中monitor对象的指针。

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wait-set：获取到锁的线程调用wait方法进入该集合entry-list：获取不到锁的线程进入该队列同时阻塞owner：获取到锁的线程ID

当一个线程尝试去获取锁时，如果该锁已经被占用，则获取不到锁的线程会封装为objectwaiter对象插入到entry-list队列的尾部，并且阻塞自己（系统调用函数park）

当持有锁的线程释放锁之前，该线程会唤醒entry-list的队首线程，然后再释放锁，将owner设置为null

如果获取到锁的线程调用了wait方法，则将该线程的objectwait移到wait-set，同时释放锁，当waitset中的线程被notify后会进入entry-list重新尝试获取锁

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