Java多线程并发之锁的概念/同步关键字/synchronized在JVM的底层是如何实现的

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今天又是爱学习的一天哦~

日期：2019-6-27 21:10:45

锁

锁的概念

自旋锁

• 概念：不放弃CPU事件，不断使用 CAS 尝试对数据进行更新，直到成功
• 实例：AtomicInt 使用自旋锁，保证数据的原子性
• 其实也是一种乐观锁

乐观锁

悲观锁

独享锁（写锁）

共享锁（读锁）

可重入锁

• synchronized 就是可重入锁
  • 同一个线程，在拿到一次锁以后，能够继续调用同一把锁所同步的代码。

public synchronized void task(Object arg){
	System.out.print(Thread.currentThread() + "开始执行" + arg);
    if(arg == null){
     	this.task(new Object());   
    }
    System.out.print(Thread.currentThread() + "执行结束" + arg);
}

//main
new Obj().task(null);
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同步关键字

synchronized

线程封闭

锁消除

• 对于某些局部变量的代码，可能不会出现线程安全问题，那样锁就会被消除

public void genStr(){
    //JIT 优化，消除了锁
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    sb.append("a");
    sb.append("b");
    sb.append("c");
}
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锁粗化

属于运行时的 JIT 编译优化

• 锁的范围会被扩大
• sych 会锁到 for 循环外面

public class LockDemo01{
    int count;
  	public void runTest(){
     	 for(int i = 0; i < 10000; i++){
          	synchronized(this){
             	count++;   
            }
         }
    }
}
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经过 JitWatch 查看通过 jit 优化后的代码

www.cnblogs.com/stevenczp/p… www.cnblogs.com/stevenczp/p…

一、 输出jit日志 （windows）在jre/bin/server  放置hsdis动态连接库 eclise、idea等工具，加上JVM参数 -server -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:+LogCompilation -XX:LogFile=jit.log

二、 工具安装 下载  github.com/AdoptOpenJD… 解压 经过maven运行 mvn clean compile exec:java

三、 配置jitwatch 页面选择 config， 配置要调试的项目src源码路径，和class编译路径 打开jit.log 点击start 四、 在分析的结果中，选中指定的类，再选择右侧的具体方法，则弹出jit编译结果

同步关键字加锁原理

大致结构

Obj Head 中的 mark word

BitFields 和 State 的对应关系。

• Lock Record Address 存储 thread stack 中 LockRecord 的地址** >>> 轻量级锁**
• Monitor Address 存储 monitor obj 的地址 >>> 重量级锁
  • 由于涉及到了 monitor obj，因此能够认为是重量级的
• TheadId 线程在 JVM 中的Id >>> 偏向锁

HotspotOverview.pdf

锁状态的改变

无锁 -> 轻量级锁

CAS！CAS！CAS！CAS！CAS！CAS！CAS！

加锁

解锁

偏向锁 -> 轻量级锁

• 问题：线程重入是如何断定的
  • 由于在 Lock Record Address 中记录了当前持有锁的线程的栈地址，因此能够比对出，是否能够重入

轻量级锁 -> 重量级锁

对象头中锁的状态（我的理解）

重量级锁/轻量级锁/未锁定

相关代码：src.share.vm.runtime.ObjectMonitor

1. 当 线程-1 请求持有锁时，若是对象时 01 (unlock)，则会得到锁，并将对象头中的标志位置为 轻量级锁 (00)
2. 线程是经过 CAS 自旋的方式去请求锁的
3. 当对象状态位 00 时，有其余线程请求锁，线程首先经过 CAS 自旋的方式去尝试得到锁，当尝试达到次数没有得到时，对象的状态会变为 10.
4. 这里再也不使用自旋等待的缘由是自旋会消耗大量资源
5. 之因此是重量级，是由于要操做两个对象 > 原对象、monitor 对象
6. 此时对象的 monitor 中，_owner 会变为 线程-1，新的请求线程会放到 _EntryList 中等待
7. _EntryList 是争抢队列！！！
8. 线程释放 _owner 会有两种方式
9. 当持有锁的线程执行完后，会 monitorExit.
10. 调用对象的 wait 方法后，会进入等待集合 _waiters
11. 线程要进入 _waiters 队列，须要 _owner 线程调用 wait 方法，因此须要在同步代码块中执行 wait()/notify() 操做
12. 由于等待集合是 Set，因此 notify 唤醒的时候不肯定唤醒哪一个

偏向锁

优先级： 未锁定 >>> 偏向锁 >>> 轻量级 >>> 重量级

• 轻量级锁的标志位存在 对象头 的 MarkWord 中，默认是开启的
• 具体过程
  1. 线程1 请求持有锁，会先检查偏向锁锁的标志位，若是为 1 打开，则经过 CAS 修改线程信息。
  2. 线程信息中记录了当前得到偏向锁的线程的 ThreadId
  3. 若是修改为功，就拿到了锁
  4. 若是经过 CAS 修改失败，且线程状态是 01 未锁定，则升级到轻量级锁被清空标志位
  5. 偏向锁释放，会清空线程信息
• 为何要用偏向锁
  • 由于 JVM 的设计理念认为，大多数状况下，并不存在锁竞争，不须要频繁修改标志位，减小了变为 重量级锁 的可能性。带来了性能提高。

参考

open jdk

• 源码：hg.openjdk.java.net/jdk10/jdk10… / github.com/frohoff/jdk…

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• 本文做者： 留夕
• 本文连接： www.yuque.com/diamond/ndv…
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• 首发日期： 2019-6-27 21:10:45