多线程锁之 Synchronized

Synchronized 基本语法

synchronized 有三中方式加锁:

  1. 修饰实例方法,作用于当前实例加锁,进入同步方法前要获得当前实例的锁
  2. 修饰静态方法,作用于当前类对象加锁,进入同步方法前要获得当前类对象的锁
  3. 修饰代码块,需要指定加锁对象,对指定对象加锁,进入同步方法前要获得指定对象的锁

锁对象

Synchronized 也被叫做对象锁,锁的标识是存储在对象头中的 MarkWord 中的。

对象在内存中的结构
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对象头中存储的信息
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锁状态

偏向锁
说明:大部分情况下锁仅仅是由一个线程获取的,为了让线程获取锁的代价更低就引入了偏向锁,
     偏向锁持有某个线程ID,该线程再次进入和退出同步代码块时就不用获取和释放锁了。

实现:在锁对象的对象头的 MarkWord 中存储持 线程ID和偏向锁的标识
轻量级锁(自旋锁)
说明:当线程发生锁竞争的情况后,因为偏向锁是不会释放锁的,所以偏向锁要立即升级到轻量级锁。
     对于轻量级锁线程是可以通过CAS自旋的方式进行锁的竞争

实现:
    1. 在线程自己的栈桢中创建 锁记录 LockRecord
    2. 将锁对象中的MarkWord复制到 LockRecord中
    3. 将 LockRecord 中的 Owner 指向锁对象
    4. 将锁对象中的 MarkWord 替换为指向锁记录的指针
重量级锁
说明:未获取到锁的线程将会被阻塞,线程会被挂起,进入 Linux 内核。
     获取锁和释放锁都需要在 Linux 内核和用户内核之间进行切换,严重影响锁的性能。

实现:每个对象都会与一个 monitor 监视器关联,由JVM实现。

锁升级的过程

  1. 获取锁对象的 MarkWord,判断是否处于可偏向状态(biased_lock = 1 且 threadId 为空)

  2. 如果锁是可偏向状态,则通过 CAS 获取锁(尝试把当前线程ID 写入 MarkWord)

    • CAS成功:表明该线程获取到锁了,执行同步代码
    • CAS失败:表明其他线程抢先获取到了锁,这时产生了锁竞争的情况,这时需要撤销偏向锁,将锁升级到轻量级锁(这个操作需要等到全局安全点执行,即没有线程在执行字节码的时候),未获取到锁的线程会进行自旋+CAS 的方式获取锁,在一定次数的尝试获取后
      • 成功获取到锁:锁还是维持轻量级锁
      • 未获取到锁:升级到重量级锁(说明线程在执行同步代码的时候需要很多时间,因为自旋的时候是需要消耗CPU资源的,所以一旦自旋次数超过一定阈值,还未获取到锁,则说明锁需要升级到重量级锁)
  3. 如果锁已经是偏向状态,判断 MarkWord 中的线程ID是否等于当前线程的ID

    • 相等:则不用再次获取锁,可以直接执行同步代码
    • 不相等:同第2步的 “CAS失败”

wait、notify 实现原理

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