多线程-syncronized的应用与原理分析

synronized许多开发人员看到就认为是重量级锁，其实不然，JVM对它定义有很多种状态。偏向锁->轻量锁->重量锁。这其中有很多的优化过程，业务概念被称为锁膨胀，锁消除，锁撤销。下面来具体分析一下。

首先syncronized本质作用于对象上，修饰普通方法锁this对象，修饰静态方法锁类对象。以下代码说明。

@Slf4j
public class SyncronThread03 {
    //以下代码效果一样
    public synchronized void say(){
        log.info("say");
    }
    public  void say1(){
        synchronized (this) {
            log.info("say");
        }
    }

    //以下代码效果一样
    public synchronized static void write(){
        log.info("write");
    }
    public static void write1(){
        synchronized (SyncronThread03.class) {
            log.info("write");
        }
    }
}

既然作用于对象，那么肯定与对象有一定关系。java对象分为对象头和对象体。syncronized底层是C实现，通过字节码指令monitorenter，monitorexit执行。syncronized关键字在操作系统中会有一个monitor对象的概念，然后通过monitor对象与java对象头中的markword进行关联。monitor对象是由owner，EntryList,WaitSet三部分组成，三部分的作用可以举个实例。当有多个线程同时对某个对象加锁，一个时间点只能有一个能成功，此时设置owner为当前线程ID，其它线程尝试加锁时发现owner已经被持有，那么就会进入阻塞（其实在JVM层面还有个自旋尝试获取锁的过程，尝试几次才会阻塞），这些线程就会进入EntryList。如果有线程在执行过程中调用了wait方法（会释放锁），那么这些线程会进入WaitSet，这部分线程需要notify唤醒。当持有锁线程结束，会将owner置为null，然后唤醒EntryList线程进行锁竞争。以下为加锁图示。

了解完sycronized的monitor，然后再看java对象头中的markword。markword主要为以下图中，简单说明，第一行属于正常对象，第二行属于偏向锁。区别就是biased_lock不一致。第三行属于轻量级锁，此时存储的是栈帧中的锁指针+两位标识符（00）。第四行属于重量级锁，存储的是monitor中的锁指针+两位标识符（10）。在加锁和解锁过程中java对象就是通过改变信息这些来控制锁状态。

以上分开介绍monitor与markword，下面举个实际例子说明一下。线程T0现在需要进行加锁操作，作用对象为object。当调用syncronized（object）前，object属于一个正常对象，锁标识后三位001，State为Normal，当调用syncronized（object），object会有两种情况，如果没有禁用偏向锁则State为Biased，即后三位为101，如果禁用偏向锁State为Lightweight Locked。此时object的对象头中就会存储栈帧锁记录及对应的指针，锁标识后两位00。如果是属于锁重入，则会在当前栈帧中新增一份lock record。重入次数为lock记录数。以下图示说明。

最后一个是重量级锁。重量级锁是发生在锁竞争时锁升级而成，并没有说一开始的重量级。继上续例子，在T0加锁的同时，另一线程T1也来争抢object对象锁。那此时object的对象头中就会存储monitor对应的指针，锁标识后两位10。此时的解锁流程T0也是从monitor对象中释放到owner的占用。然后恢复到无锁状态。再由其它线程争抢锁。

OK！以上均是理论分析，下面上代码实际看到效果。

扫描二维码关注公众号，回复： 15817038 查看本文章

偏向锁在VM参数加-XX:BiasedLockingStartupDelay=0：

import com.example.demostartertest.common.SleepUtils;
import lombok.Data;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

@Slf4j
public class SyncronThread02 {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog(); 
        log.info("markword{}",ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());//原始对象，开了偏向锁，最后位为101
   
        synchronized (dog){
            log.info("markword{}",ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());//第一次上锁，偏向锁，最后位101
        }

        log.info("markword{}",ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());
//正常状态，最后位101
    }
}

@Data
class Dog{
    private String name;
}

轻量级锁（不开偏向锁）

重量级锁（不开偏向锁）

@Slf4j
public class SyncronThread02 {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        log.info("markword{}",ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());//原始 不偏向 001
        new Thread(()->{
            synchronized (dog){
                log.info("thread markword{}",ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable());//锁竞争，升级重量级 010
                SleepUtils.sleep(2);

            }
        },"t1").start();

        synchronized (dog){
            log.info("markword{}",ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable()); //轻量级 000
        }

        SleepUtils.sleep(3);
        log.info("markword{}",ClassLayout.parseInstance(dog).toPrintable()); //无锁 不偏向 001

    }
}

@Data
class Dog{
    private String name;
}

重量级锁（开偏向锁）

多线程-syncronized的应用与原理分析

猜你喜欢