##深入synchronized
2.1 类锁、对象锁
synchronized的使用一般就是同步方法和同步代码块。
synchronized的锁是基于对象实现的。
如果使用同步方法
-
static:此时使用的是当前类.class作为锁(类锁)
-
非static:此时使用的是当前对象做为锁(对象锁)
javapublic class MiTest { public static void main(String[] args) { // 锁的是,当前Test.class Test.a(); Test test = new Test(); // 锁的是new出来的test对象 test.b(); } } class Test{ public static synchronized void a(){ System.out.println("1111"); } public synchronized void b(){ System.out.println("2222"); } }
2.2 synchronized的优化
在JDK1.5的时候,Doug Lee推出了ReentrantLock,lock的性能远高于synchronized,所以JDK团队就在JDK1.6中,对synchronized做了大量的优化。
锁消除:在synchronized修饰的代码中,如果不存在操作临界资源的情况,会触发锁消除,你即便写了synchronized,他也不会触发。
java
public synchronized void method(){
// 没有操作临界资源
// 此时这个方法的synchronized你可以认为木有~~
}
锁膨胀:如果在一个循环中,频繁的获取和释放做资源,这样带来的消耗很大,锁膨胀就是将锁的范围扩大,避免频繁的竞争和获取锁资源带来不必要的消耗。
java
public void method(){
for(int i = 0;i < 999999;i++){
synchronized(对象){
}
}
// 这是上面的代码会触发锁膨胀
synchronized(对象){
for(int i = 0;i < 999999;i++){
}
}
}
锁升级:ReentrantLock的实现,是先基于乐观锁的CAS尝试获取锁资源,如果拿不到锁资源,才会挂起线程。synchronized在JDK1.6之前,完全就是获取不到锁,立即挂起当前线程,所以synchronized性能比较差。
synchronized就在JDK1.6做了锁升级的优化
- 无锁、匿名偏向:当前对象没有作为锁存在。
- 偏向锁 :如果当前锁资源,只有一个线程在频繁的获取和释放,那么这个线程过来,只需要判断,当前指向的线程是否是当前线程 。
- 如果是,直接拿着锁资源走。
- 如果当前线程不是我,基于CAS的方式,尝试将偏向锁指向当前线程。如果获取不到,触发锁升级,升级为轻量级锁。(偏向锁状态出现了锁竞争的情况)
- 轻量级锁 :会采用自旋锁的方式去频繁的以CAS的形式获取锁资源(采用的是自适应自旋锁 )
- 如果成功获取到,拿着锁资源走
- 如果自旋了一定次数,没拿到锁资源,锁升级。
- 重量级锁:就是最传统的synchronized方式,拿不到锁资源,就挂起当前线程。(用户态&内核态)
2.3 synchronized实现原理
synchronized是基于对象实现的。
先要对Java中对象在堆内存的存储有一个了解。
展开MarkWord
MarkWord中标记着四种锁的信息:无锁、偏向锁、轻量级锁、
2.4 synchronized的锁升级
为了可以在Java中看到对象头的MarkWord信息,需要导入依赖
xml
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
<artifactId>jol-core</artifactId>
<version>0.9</version>
</dependency>
锁默认情况下,开启了偏向锁延迟。
偏向锁在升级为轻量级锁时,会涉及到偏向锁撤销,需要等到一个安全点(STW),才可以做偏向锁撤销,在明知道有并发情况,就可以选择不开启偏向锁,或者是设置偏向锁延迟开启
因为JVM在启动时,需要加载大量的.class文件到内存中,这个操作会涉及到synchronized的使用,为了避免出现偏向锁撤销操作,JVM启动初期,有一个延迟4s开启偏向锁的操作
如果正常开启偏向锁了,那么不会出现无锁状态,对象会直接变为匿名偏向
java
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread.sleep(5000);
Object o = new Object();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
new Thread(() -> {
synchronized (o){
//t1 - 偏向锁
System.out.println("t1:" + ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
}
}).start();
//main - 偏向锁 - 轻量级锁CAS - 重量级锁
synchronized (o){
System.out.println("main:" + ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
}
}
整个锁升级状态的转变:
Lock Record以及ObjectMonitor存储的内容
2.5 重量锁底层ObjectMonitor
需要去找到openjdk,在百度中直接搜索openjdk,第一个链接就是
找到ObjectMonitor的两个文件,hpp,cpp
hpp
ObjectMonitor() {
_header = NULL; // header存储着MarkWord
_count = 0; // 竞争锁的线程个数
_waiters = 0, // wait的线程个数
_recursions = 0; // 标识当前synchronized锁重入的次数
_object = NULL;
_owner = NULL; // 持有锁的线程
_WaitSet = NULL; // 保存wait的线程信息,双向链表
_WaitSetLock = 0 ;
_Responsible = NULL ;
_succ = NULL ;
_cxq = NULL ; // 获取锁资源失败后,线程要放到当前的单向链表中
FreeNext = NULL ;
_EntryList = NULL ; // _cxq以及被唤醒的WaitSet中的线程,在一定机制下,会放到EntryList中
_SpinFreq = 0 ;
_SpinClock = 0 ;
OwnerIsThread = 0 ;
_previous_owner_tid = 0;
}
适当的查看几个C++中实现的加锁流程
TryLock
cpp
int ObjectMonitor::TryLock (Thread * Self) {
for (;;) {
// 拿到持有锁的线程
void * own = _owner ;
// 如果有线程持有锁,告辞
if (own != NULL) return 0 ;
// 说明没有线程持有锁,own是null,cmpxchg指令就是底层的CAS实现。
if (Atomic::cmpxchg_ptr (Self, &_owner, NULL) == NULL) {
// 成功获取锁资源
return 1 ;
}
// 这里其实重试操作没什么意义,直接返回-1
if (true) return -1 ;
}
}
try_entry
cpp
bool ObjectMonitor::try_enter(Thread* THREAD) {
// 在判断_owner是不是当前线程
if (THREAD != _owner) {
// 判断当前持有锁的线程是否是当前线程,说明轻量级锁刚刚升级过来的情况
if (THREAD->is_lock_owned ((address)_owner)) {
_owner = THREAD ;
_recursions = 1 ;
OwnerIsThread = 1 ;
return true;
}
// CAS操作,尝试获取锁资源
if (Atomic::cmpxchg_ptr (THREAD, &_owner, NULL) != NULL) {
// 没拿到锁资源,告辞
return false;
}
// 拿到锁资源
return true;
} else {
// 将_recursions + 1,代表锁重入操作。
_recursions++;
return true;
}
}
enter(想方设法拿到锁资源,如果没拿到,挂起扔到_cxq单向链表中)
cpp
void ATTR ObjectMonitor::enter(TRAPS) {
// 拿到当前线程
Thread * const Self = THREAD ;
void * cur ;
// CAS走你,
cur = Atomic::cmpxchg_ptr (Self, &_owner, NULL) ;
if (cur == NULL) {
// 拿锁成功
return ;
}
// 锁重入操作
if (cur == Self) {
// TODO-FIXME: check for integer overflow! BUGID 6557169.
_recursions ++ ;
return ;
}
//轻量级锁过来的。
if (Self->is_lock_owned ((address)cur)) {
_recursions = 1 ;
_owner = Self ;
OwnerIsThread = 1 ;
return ;
}
// 走到这了,没拿到锁资源,count++
Atomic::inc_ptr(&_count);
for (;;) {
jt->set_suspend_equivalent();
// 入队操作,进到cxq中
EnterI (THREAD) ;
if (!ExitSuspendEquivalent(jt)) break ;
_recursions = 0 ;
_succ = NULL ;
exit (false, Self) ;
jt->java_suspend_self();
}
}
// count--
Atomic::dec_ptr(&_count);
}
EnterI
cpp
for (;;) {
// 入队
node._next = nxt = _cxq ;
// CAS的方式入队。
if (Atomic::cmpxchg_ptr (&node, &_cxq, nxt) == nxt) break ;
// 重新尝试获取锁资源
if (TryLock (Self) > 0) {
assert (_succ != Self , "invariant") ;
assert (_owner == Self , "invariant") ;
assert (_Responsible != Self , "invariant") ;
return ;
}
}