Synchronized实现原理

Posted 2021-02-28 chsy

Synchronized的四种锁状态：无锁状态，偏向锁，轻量级锁，重量级锁

 

轻量级级锁的实现原理

轻量级锁的使用场景：如果一个对象虽然有多线程访问，但多线程访问的时间是错开的，也就是说没有竞争，那么完全可以用轻量级锁来优化

假设有两个方法同步块，利用同一个对象加锁

static final Object obj = new Object();
public static void method1(){
    synchronized(obj){
        //同步块A
        method2();
    }
}

public static void method2(){
    synchronized(obj){
        //同步块B
    }
}

• 创建锁记录（Lock Record）对象，每个线程的栈帧都会包含一个锁记录的结构，内部可以存储锁定对象的MarkWord

 

 

• 让锁记录中Object reference指向锁对象，并尝试用cas替换Object的MarkWord, 将MarkWord 的值存入锁记录

 

•  如果cas替换成功，对象头中存储了锁记录地址和状态00,表示由该线程给对象加锁，这时图示如下

 

 

 

•  如果cas替换失败，则有以下两种情况

1. 如果是其它线程已经持有了该Object的轻量级锁，这时候表明有竞争，进入锁膨胀过程
2. 如果是自己执行了synchronized锁重入，那么再添加一条Lock Record作为重入的计数

• 当退出synchronized代码块（解锁）的时候，如果有取值为null的锁记录，表示有重入，这时重置锁记录，表示重入计数减一

 

• 当推出synchronized代码块（解锁）时，锁记录的值不为null，那么将使用cas将Mark Word的值恢复给对象头

1. 成功，则解锁成功
2. 失败，说明轻量级锁进行了锁膨胀或已经升级为重量级锁，进入重量级锁解锁流程

 

重量级锁的实现原理

给一个对象（obj）加锁，会在操作系统层面获取一个监视器（Monitor,有时候也叫管程）对象，对象obj的Markword会指向该Monitor对象，原本Markword中存放的分代年龄等信息会存放在Monitor对象里。Monitor里的Owner指向持有该对象obj的锁的线程Thread_1。当其它线程Thread_2, Thread_3试图获取对象obj的锁时，发现Owner已经指向了Thread_1,也就是Thread_1已经获取该对象的锁时后，那么Monitor的EntryList就会将Thread_2,Thread_3放到EntryList里面，等到Thread_1释放锁后，再从EntryList里取出一个线程，将Monitor里的Owner指向该进程。每个对象都有自己的Monitor

 

 图中Thread_1释放锁，Thread_2获得obj的锁，

 

 

需要注意的是：只有在用synchronized关键字修饰后，才会有上述对象markword指向Monitor，否则的话，是不会去向操作系统申请这一Monitor对象的。而且，必须是重量级锁才会申请这个Monitor