Synchronize

Posted 2021-03-03 yanhui007

Synchronize实现原理

java对象头中存在一个指向monitor对象的指针。每个java对象在内存中都对应一个monitor对象。monitor对象就是用来存放对象的锁信息的。

monitor对象重要属性：
count：用来存放当前对象被获取锁的次数，0表示对象没有被线程占有。
owner：存储当前占用对象锁的线程
waitSet：存放阻塞状态线程（里边的线程都是block状态，只有调用了notify方法后才会变成runable状态）
entryList：就绪状态线程（里边的线程都是runable状态）
entryList与waitSet的区别：waitSet中的线程只有通过notify方法后才能有资格抢占对象锁，entryList中的线程只要对象释放锁后，cpu就会通知他们取抢占对象锁。

 static class Father extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            try{
                sleep(3000);
                synchronized (this){
                    notify();//notify后，主线程进入到entryList中 ，然后主线程和子线程共同争抢cpu资源
                }
                System.out.println("主线程被唤醒");
            }catch (Exception e){
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("主线程开始运行");
        Father f = new Father();
        synchronized (f){
            try{
                f.start();
                System.out.println("主线程被阻塞");//此时主线程进入到waitSet中
                f.wait();
            }catch (Exception e){
            }
        }
        System.out.println("主线程继续运行");
    }

锁方法和锁代码块的区别
锁代码块：会在代码块前后边增加monitorEnter和monitorexit指令
锁方法：会在方法区中记录该方法为加锁方法
都是用来标识代码块需要做同步操作，只不过标识的方式不一样

锁膨胀

无锁状态 -- 偏向锁 -- 轻量级锁 -- 重量级锁

文章开头介绍的monitor对象指的是图中重量级锁部分，线程获取对象锁并不是直接抢占这个monitor对象的，而是一步步升级的。
1、一个对象创建完后，对象头的结构为无锁那一行（后续随着锁升级对象头的结构也一步步变化），对象头的锁状态为无锁状态
2、线程1执行代码遇到monitorEnter指令，开始获取锁。
3、查看对象头锁状态为无锁状态，直接更新图中A为当前线程1的id，更新锁状态为偏向锁
4、偏向锁不会自动释放，所以当线程1执行完毕后，图中A依然是线程1的id
5、线程1又来获取锁的时候，直接比较图中A记录的id是否和当前线程一致，如果一致则直接执行代码块。
6、如果线程2来获取锁，比对A的id和当前线程不一致，则查看线程1是否还存活着，如果不在存活，则将对象头设置为无锁状态。然后线程2又获得了该对象的偏向锁。
如果线程1还存活着，暂停线程1，锁升级为轻量级锁。

轻量级锁过程：
到现在对象头为轻量级锁，线程1和线程2共同争抢。
7、线程1和线程2分别在自己的线程栈中开辟一块空间，复制对象头中MarkWord 。然后通过cas操作将对象头中B指向自己线程栈中复制的MarkWord。假设线程1成功抢占锁资源。线程2则通过空自旋继续尝试（假设尝试上线为100次），在自旋到100次内线程1把锁释放，则线程2获取锁成功。

重量级锁：
8、如果线程2在自旋达到100次或者期间又来个线程3，线程1还没有释放锁，则将锁升级为重量级锁。
9、升级为重量级锁，则会将图中C指向对象的monitor，然后线程2和线程3进入到entryList中。直到线程1释放锁，线程2和线程3竞争锁。
重量级锁竞争过程通过count属性判断是否可以获取锁，如果count!=0，则线程进入entryList。
线程执行过程中如果调用wait方法，则释放锁，线程进入waitSet，直到调用notiry方法，线程进入entryList。

jvm对Synchronize底层优化

另外jdk还对锁有一些优化：
锁粗化：比如在主线程有个循环，每个循环都会获取同一个对象锁，然后在释放。jdk发现后会自动把加锁操作放在循环外层提升效率。
锁自旋：1、锁从轻量级升级到重量级的过程中，线程要进入到entryList，线程cpu状态的转换是消耗性能的 ，
2、并且，A尝试获取锁的时候，B正在持有锁执行代码，但是B很可能在很短的时间内释放锁
上面两个原因，所以A可以不进入阻塞状态，自旋等待B释放锁。
锁消除：jdk会自动消除一些不必要的锁。