synchronized锁
synchronized的实现
Java对象头
synchronized用的锁是存在Java对象头里的。如果对象是数组类型,则虚拟机用3个字宽(Word)存储对象头,如果对象是非数组类型,则用2字宽存储对象头。在32位虚拟机中,1字宽等于4字节,即32bit。
Java对象头里的Mark Word里默认存储对象的HashCode、分代年龄和锁标记位。32位JVM的Mark Word的默认存储结构:
在运行期间,Mark Word里存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。Mark Word可能变化为存储以下4种数据:
锁的升级与对比
Java SE 1.6为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗,引入了“偏向锁”和“轻量级锁”,在Java SE 1.6中,锁一共有4种状态,级别从低到高依次是:无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态,这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。锁可以升级但不能降级,意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁。这种锁升级却不能降级的策略,目的是为了提高获得锁和释放锁的效率。
偏向锁
HotSpot的作者经过研究发现,大多数情况下,锁不仅不存在多线程竞争,而且总是由同一线程多次获得,为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。当一个线程访问同步块并获取锁时,会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID,以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁,只需简单地测试一下对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁。如果测试成功,表示线程已经获得了锁。如果测试失败,则需要再测试一下Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1(表示当前是偏向锁):如果没有设置,则使用CAS竞争锁;如果设置了,则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。
-
偏向锁的撤销需要等待全局安全点,暂停持有该锁的线程,同时检查该线程是否还在执行该方法,如果是,则升级锁。反之则其他线程抢占。
-
即如果线程在全局安全点检查时,还需要使用该锁 则进行锁升级,如果线程已经不需要使用锁,并有其他线程需要使用时,将偏向锁的拥有者切换为另外线程。
轻量级锁
轻量级解锁时,会使用原子的CAS操作将Displaced Mark Word替换回到对象头,如果成功,则表示没有竞争发生。如果失败,表示当前锁存在竞争,锁就会膨胀成重量级锁。
因为自旋会消耗CPU,为了避免无用的自旋(比如获得锁的线程被阻塞住了),一旦锁升级成重量级锁,就不会再恢复到轻量级锁状态。当锁处于这个状态下,其他线程试图获取锁时,都会被阻塞住,当持有锁的线程释放锁之后会唤醒这些线程,被唤醒的线程就会进行新一轮的夺锁之争。
锁的优缺点
synchronized修饰
修饰代码块(实例)
public class Test {
private int i ;
public void demo(){
synchronized (this){
i++;
}
}
}
通过javap -verbose XXX.class命令查看class文件信息来具体分析两者实现上的差异。
public void demo();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=3, locals=3, args_size=1
0: aload_0
1: dup
2: astore_1
3: monitorenter #进入同步代码块
4: aload_0
5: dup
6: getfield #2 // Field i:I
9: iconst_1
10: iadd
11: putfield #2 // Field i:I
14: aload_1
15: monitorexit #正常退出同步代码块
16: goto 24
19: astore_2
20: aload_1
21: monitorexit #异常退出同步代码块
22: aload_2
23: athrow
24: return
Exception table:
from to target type
4 16 19 any
19 22 19 any
修饰方法(静态方法)
class文件
public class Test {
private int i ;
public synchronized void demo(){
i++;
}
}
汇编文件
public synchronized void demo();
descriptor: ()V
//ACC_SYNCHRONIZED 被修饰的方法为同步方法
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
Code:
stack=3, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: dup
2: getfield #2 // Field i:I
5: iconst_1
6: iadd
7: putfield #2 // Field i:I
10: return
synchronized修饰方法并没有通过插入monitorentry和monitorexit指令来实现,而是在方法表结构中的访问标志(access_flags)设置ACC_SYNCHRONIZED标志来实现。线程在执行方法前先判断access_flags是否标记ACC_SYNCHRONIZED,如果标记则在执行方法前先去获取monitor对象,获取成功则执行方法代码且执行完毕后释放monitor对象,获取失败则表示monitor对象被其他线程获取从而阻塞当前线程。