线程切换代价

java的线程是映射到操作系统原生线程之上的,如果要阻塞或唤醒一个线程就需要操作系统介入,需要在用户态与内核态之间切换(因为线程的调度是在内核态运行的,而线程中的代码是在用户态运行) ,这种切换会消耗大量的系统资源,因为用户态与内核态都有各自专用的内存空间,专用的寄存器等,用户态切换至内核态需要传递给许多变量、参数给内核,内核也需要保护好用户态在切换时的一些寄存器值、变量等,以便内核态调用结束后切换回用户态继续工作

如果线程状态切换是一个高频操作时,这将会消耗很多CPU处理时间

如果对于那些需要同步的简单的代码块,获取锁挂起操作消耗的时间比用户代码执行的时间还要长,这种同步策略显然非常糟糕的

synchronized会导致争用不到锁的线程进入阻塞状态,所以说它是java语言中一个重量级的同步操纵,被称为重量级锁,为了缓解上述性能问题,JVM从1.5开始,引入了轻量锁与偏向锁,默认启用了自旋锁,他们都属于乐观锁。

对Java而言,大致分为Synchronize和Lock,而Lock主要的就是ReenTrant Lock。

锁的类型

悲观锁

即认为写多,遇到并发写的可能性高,每次去拿数据的时候都认为别人会修改,所以每次在读写数据的时候都会上锁,这样别人想读写这个数据就会block直到拿到锁。

重量级锁
synchronized的执行过程

诠释1:

  1. 检测Mark Word里面是不是当前线程的ID,如果是,表示当前线程处于偏向锁
  2. 如果不是,则使用CAS将当前线程的ID替换Mard Word,如果成功则表示当前线程获得偏向锁,置偏向标志位1
  3. 如果失败,则说明发生竞争,撤销偏向锁,进而升级为轻量级锁。
  4. 当前线程使用CAS将对象头的Mark Word替换为锁记录指针,如果成功,当前线程获得锁
  5. 如果失败,表示其他线程竞争锁,当前线程便尝试使用自旋来获取锁。
  6. 如果自旋成功则依然处于轻量级状态。
  7. 如果自旋失败,则升级为重量级锁。

诠释2:

  1. 访问Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1,锁标志位是否为01,确认为可偏向状态。
  2. 如果为可偏向状态,则测试线程ID是否指向当前线程,如果是,进入步骤5,否则进入步骤3。
  3. 如果线程ID并未指向当前线程,则通过CAS操作竞争锁。如果竞争成功,则将Mark Word中线程ID设置为当前线程ID,然后执行5;如果竞争失败,执行4。
  4. 如果CAS获取偏向锁失败,则表示有竞争。当到达全局安全点(safepoint)时获得偏向锁的线程被挂起,偏向锁升级为轻量级锁,然后被阻塞在安全点的线程继续往下执行同步代码。(撤销偏向锁的时候会导致stop the word)
  5. 执行同步代码。

    注意:第四步中到达安全点safepoint会导致stop the word,时间很短。

乐观锁

即认为读多写少,遇到并发写的可能性低,每次去拿数据的时候都认为别人不会修改,所以不会上锁,但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据,采取在写时先读出当前版本号,然后加锁操作(比较跟上一次的版本号,如果一样则更新),如果失败则要重复读-比较-写的操作。

自旋锁

自旋锁原理非常简单,如果持有锁的线程能在很短时间内释放锁资源,那么那些等待竞争锁的线程就不需要做内核态和用户态之间的切换进入阻塞挂起状态,它们只需要等一等(自旋),等持有锁的线程释放锁后即可立即获取锁,这样就避免用户线程和内核的切换的消耗。
但是线程自旋是需要消耗cup的,说白了就是让cup在做无用功,如果一直获取不到锁,那线程也不能一直占用cup自旋做无用功,所以需要设定一个自旋等待的最大时间。
如果持有锁的线程执行的时间超过自旋等待的最大时间扔没有释放锁,就会导致其它争用锁的线程在最大等待时间内还是获取不到锁,这时争用线程会停止自旋进入阻塞状态。

优缺点: 自旋锁尽可能的减少线程的阻塞,这对于锁的竞争不激烈,且占用锁时间非常短的代码块来说性能能大幅度的提升,因为自旋的消耗会小于线程阻塞挂起再唤醒的操作的消耗,这些操作会导致线程发生两次上下文切换! 但是如果锁的竞争激烈,或者持有锁的线程需要长时间占用锁执行同步块,这时候就不适合使用自旋锁了,因为自旋锁在获取锁前一直都是占用cpu做无用功,占着XX不XX,同时有大量线程在竞争一个锁,会导致获取锁的时间很长,线程自旋的消耗大于线程阻塞挂起操作的消耗,其它需要cup的线程又不能获取到cpu,造成cpu的浪费。所以这种情况下我们要关闭自旋锁;

偏向锁

获取过程

  1. 访问Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1,锁标志位是否为01,确认为可偏向状态。
  2. 如果为可偏向状态,则测试线程ID是否指向当前线程,如果是,进入步骤5,否则进入步骤3。
  3. 如果线程ID并未指向当前线程,则通过CAS操作竞争锁。如果竞争成功,则将Mark Word中线程ID设置为当前线程ID,然后执行5;如果竞争失败,执行4。
  4. 如果CAS获取偏向锁失败,则表示有竞争。当到达全局安全点(safepoint)时获得偏向锁的线程被挂起,偏向锁升级为轻量级锁,然后被阻塞在安全点的线程继续往下执行同步代码。(撤销偏向锁的时候会导致stop the word)
  5. 执行同步代码。

注意:第四步中到达安全点safepoint会导致stop the word,时间很短。

偏向锁的释放
偏向锁的撤销在上述第四步骤中有提到。偏向锁只有遇到其他线程尝试竞争偏向锁时,持有偏向锁的线程才会释放锁,线程不会主动去释放偏向锁。偏向锁的撤销,需要等待全局安全点(在这个时间点上没有字节码正在执行),它会首先暂停拥有偏向锁的线程,判断锁对象是否处于被锁定状态,撤销偏向锁后恢复到未锁定(标志位为“01”)或轻量级锁(标志位为“00”)的状态。

适用场景 始终只有一个线程在执行同步块,在它没有执行完释放锁之前,没有其它线程去执行同步块,在锁无竞争的情况下使用,一旦有了竞争就升级为轻量级锁,升级为轻量级锁的时候需要撤销偏向锁,撤销偏向锁的时候会导致stop the word操作; 在有锁的竞争时,偏向锁会多做很多额外操作,尤其是撤销偏向所的时候会导致进入安全点,安全点会导致stw,导致性能下降,这种情况下应当禁用


轻量级锁

轻量级锁是由偏向锁升级来的,偏向锁运行在一个线程进入同步块的情况下,当第二个线程加入锁争用的时候,偏向锁就会升级为轻量级锁
加锁过程

  1. 在代码进入同步块的时候,如果同步对象锁状态为无锁状态(锁标志位为“01”状态,是否为偏向锁为“0”),虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录(Lock Record)的空间,用于存储锁对象目前的Mark Word的拷贝,官方称之为 Displaced Mark Word。这时候线程堆栈与对象头的状态如图:

    image.png

  2. 拷贝对象头中的Mark Word复制到锁记录中

  3. 拷贝成功后,虚拟机将使用CAS操作尝试将对象的Mark Word更新为指向Lock Record的指针,并将Lock record里的owner指针指向object mark word。如果更新成功,则执行步骤4,否则执行步骤5。
  4. 如果这个更新动作成功了,那么这个线程就拥有了该对象的锁,并且对象Mark Word的锁标志位设置为“00”,即表示此对象处于轻量级锁定状态,这时候线程堆栈与对象头的状态如图所示。

    image.png

  5. 如果这个更新操作失败了,虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧,如果是就说明当前线程已经拥有了这个对象的锁,那就可以直接进入同步块继续执行。否则说明多个线程竞争锁,轻量级锁就要膨胀为重量级锁,锁标志的状态值变为“10”,Mark Word中存储的就是指向重量级锁(互斥量)的指针,后面等待锁的线程也要进入阻塞状态。 而当前线程便尝试使用自旋来获取锁,自旋就是为了不让线程阻塞,而采用循环去获取锁的过程。

释放过程
释放锁线程视角:由轻量锁切换到重量锁,是发生在轻量锁释放锁的期间,之前在获取锁的时候它拷贝了锁对象头的markword,在释放锁的时候如果它发现在它持有锁的期间有其他线程来尝试获取锁了,并且该线程对markword做了修改,两者比对发现不一致,则切换到重量锁。
因为重量级锁被修改了,所有display mark word和原来的markword不一样了。
怎么补救,就是进入mutex前,compare一下obj的markword状态。确认该markword是否被其他线程持有。

此时如果线程已经释放了markword,那么通过CAS后就可以直接进入线程,无需进入mutex,就这个作用。[z1]

尝试获取锁线程视角:如果线程尝试获取锁的时候,轻量锁正被其他线程占有,那么它就会修改markword,修改重量级锁,表示该进入重量锁了。
还有一个注意点:等待轻量锁的线程不会阻塞,它会一直自旋等待锁,并如上所说修改markword。
这就是自旋锁,尝试获取锁的线程,在没有获得锁的时候,不被挂起,而转而去执行一个空循环,即自旋。在若干个自旋后,如果还没有获得锁,则才被挂起,获得锁,则执行代码。

可重入锁

ReenTrantLock、Synchronized
区别
wait()和notify()是和synchronized关键字合作使用的,而Condition是和ReentrantLock相关联的。Condition和wait()、notify()方法的作用是一致的。

  1. 原始构成

sychronized是关键字属于JVM层面的[z1] , monitorenter、monitorexit(底层是通过monitor对象来完成的,其实wait/notify方法也依赖于monitor对象,只有在同步块或者同步方法中才能调用wait/notify等方法);
Lock属于具体类(java.util.concurrent.locks.lock)是api层面的锁。

  1. 使用方法

synchronized不需要用户手动去释放锁,当synchronized代码执行完成后,系统会自动让线程释放对锁的占用;
ReentrantLock则需要用户手动去释放锁,若没有主动释放锁,就有可能导致出现死锁现象。需要lock()、unlock()方法配合try/finally语句块来完成。

  1. 等待是否可中断

synchronized不可中断,除非抛出异常或者正常运行完成;
ReentrantLock可中断: 设置超时方法tryLock(long timeout, TimeUnit unit);lockInterruptibly()放代码块中,调用interrupt()方法可中断

  1. 加锁是否公平

synchronized非公平锁
ReentrantLock两者都可以,默认是非公平锁,构造方法可以传入boolean值,传入的值为true表示公平锁,传入的值为false表示非公平锁。

  1. 锁绑定多个条件Condition

synchronized不能绑定多个条件
ReentrantLock用来实现分组需要唤醒的线程们,可以精确唤醒,而不像synchronized那样随便唤醒一个线程或者全部线程。

  1. 性能

人们很容易被大众化的观点所误导,认为synchronized的效率会比ReentrantLock差很多。但是事实上,synchronized在JDK的发展过程中,经过了不断优化,比如引入了偏向锁,轻量级锁,锁升级机制等,目前,已经和ReentrantLock的效率相差不多了。如果没有特殊的场景,推荐使用synchronized,因为它使用起来比较简单,且不会造成死锁。

原理

  1. ReentrantLock主要利用CAS+AQS队列[z1] 来实现。
  2. Synchronized, JVM 是通过进入、退出对象监视器( Monitor )来实现对方法、同步块的同步的。具体实现是在编译之后在同步方法调用前加入一个 monitor.enter 指令,在退出方法和异常处插入 monitor.exit 的指令。其本质就是对一个对象监视器( Monitor )进行获取,而这个获取过程具有排他性从而达到了同一时刻只能一个线程访问的目的。

不可重入锁

不仅判断锁有没有被锁上,还会判断锁是谁锁上的,当就是自己锁上的时候,那么他依旧可以再次访问临界资源,并把加锁次数加一

设计了加锁次数,以在解锁的时候,可以确保所有加锁的过程都解锁了,其他线程才能访问。不然没有加锁的参考值,也就不知道什么时候解锁?解锁多少次?才能保证本线程已经访问完临界资源了可以唤醒其他线程访问了。实现相对复杂。

markword

markword是java对象头中的一部分。markword数据的长度在32位和64位的虚拟机(未开启压缩指针)中分别为32bit和64bit,它的最后2bit是锁状态标志位,用来标记当前对象的状态,对象的所处的状态,决定了markword存储的内容,如下表所示:

状态 标志位 存储内容
未锁定 01 对象哈希码、对象分代年龄
轻量级锁定 00 指向锁记录的指针
膨胀(重量级锁定) 10 执行重量级锁定的指针
GC标记 11 空(不需要记录信息)
可偏向 01 偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄

32位虚拟机在不同状态下markword结构如下图所示
image.png

锁优化

减少锁的时间

不需要同步执行的代码,能不放在同步快里面执行就不要放在同步快内,可以让锁尽快释放;

减少锁的粒度

ConcurrentHashMap

java中的ConcurrentHashMap在jdk1.8之前的版本,使用一个Segment 数组
Segment< K,V >[] segments
Segment继承自ReenTrantLock,所以每个Segment就是个可重入锁,每个Segment 有一个HashEntry< K,V >数组用来存放数据,put操作时,先确定往哪个Segment放数据,只需要锁定这个Segment,执行put,其它的Segment不会被锁定;所以数组中有多少个Segment就允许同一时刻多少个线程存放数据,这样增加了并发能力。

LongAdder

LongAdder 实现思路也类似ConcurrentHashMap,LongAdder有一个根据当前并发状况动态改变的Cell数组,Cell对象里面有一个long类型的value用来存储值

开始没有并发争用的时候或者是cells数组正在初始化的时候,会使用cas来将值累加到成员变量的base上,在并发争用的情况下,LongAdder会初始化cells数组,在Cell数组中选定一个Cell加锁,数组有多少个cell,就允许同时有多少线程进行修改,最后将数组中每个Cell中的value相加,在加上base的值,就是最终的值;cell数组还能根据当前线程争用情况进行扩容,初始长度为2,每次扩容会增长一倍,直到扩容到大于等于cpu数量就不再扩容,这也就是为什么LongAdder比cas和AtomicInteger效率要高的原因,后面两者都是volatile+cas实现的,他们的竞争维度是1,LongAdder的竞争维度为“Cell个数+1”为什么要+1?因为它还有一个base,如果竞争不到锁还会尝试将数值加到base上;

LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue也体现了这样的思想,在队列头入队,在队列尾出队,入队和出队使用不同的锁,相对于LinkedBlockingArray只有一个锁效率要高;

拆锁的粒度不能无限拆,最多可以将一个锁拆为当前cup数量个锁即可;

使用CAS+volatile

如果需要同步的操作执行速度非常快,并且线程竞争并不激烈,这时候使用cas效率会更高,因为加锁会导致线程的上下文切换,如果上下文切换的耗时比同步操作本身更耗时,且线程对资源的竞争不激烈,使用volatile+cas操作会是非常高效的选择

消除缓存行的伪共享

除了我们在代码中使用的同步锁和jvm自己内置的同步锁外,还有一种隐藏的锁就是缓存行,它也被称为性能杀手。

在多核cup的处理器中,每个cup都有自己独占的一级缓存、二级缓存,甚至还有一个共享的三级缓存,为了提高性能,cpu读写数据是以缓存行为最小单元读写的;32位的cpu缓存行为32字节,64位cup的缓存行为64字节,这就导致了一些问题。

例如,多个不需要同步的变量因为存储在连续的32字节或64字节里面,当需要其中的一个变量时,就将它们作为一个缓存行一起加载到某个cup-1私有的缓存中(虽然只需要一个变量,但是cpu读取会以缓存行为最小单位,将其相邻的变量一起读入),被读入cpu缓存的变量相当于是对主内存变量的一个拷贝,也相当于变相的将在同一个缓存行中的几个变量加了一把锁,这个缓存行中任何一个变量发生了变化,当cup-2需要读取这个缓存行时,就需要先将cup-1中被改变了的整个缓存行更新回主存(即使其它变量没有更改),然后cup-2才能够读取,而cup-2可能需要更改这个缓存行的变量与cpu-1已经更改的缓存行中的变量是不一样的,所以这相当于给几个毫不相关的变量加了一把同步锁;
为了防止伪共享,不同jdk版本实现方式是不一样的:
1. 在jdk1.7之前会 将需要独占缓存行的变量前后添加一组long类型的变量,依靠这些无意义的数组的填充做到一个变量自己独占一个缓存行;
2. 在jdk1.7因为jvm会将这些没有用到的变量优化掉,所以采用继承一个声明了好多long变量的类的方式来实现;
3. 在jdk1.8中通过添加sun.misc.Contended注解来解决这个问题,若要使该注解有效必须在jvm中添加以下参数:
-XX:-RestrictContended

sun.misc.Contended注解会在变量前面添加128字节的padding将当前变量与其他变量进行隔离;
关于什么是缓存行,jdk是如何避免缓存行的,网上有非常多的解释,在这里就不再深入讲解了;

总结

一个对象刚开始实例化的时候,没有任何线程来访问它的时候。它是可偏向的,意味着,它现在认为只可能有一个线程来访问它,所以当第一个线程来访问它的时候,它会偏向这个线程,此时,对象持有偏向锁。偏向第一个线程,这个线程在修改对象头成为偏向锁的时候使用CAS操作,并将对象头中的ThreadID改成自己的ID,之后再次访问这个对象时,只需要对比ID,不需要再使用CAS在进行操作。

一旦有第二个线程访问这个对象,因为偏向锁不会主动释放,所以第二个线程可以看到对象时偏向状态,这时表明在这个对象上已经存在竞争了,检查原来持有该对象锁的线程是否依然存活,如果挂了,则可以将对象变为无锁状态,然后重新偏向新的线程,如果原来的线程依然存活,则马上执行那个线程的操作栈,检查该对象的使用情况,如果仍然需要持有偏向锁,则偏向锁升级为轻量级锁,(偏向锁就是这个时候升级为轻量级锁的)。如果不存在使用了,则可以将对象回复成无锁状态,然后重新偏向。

轻量级锁认为竞争存在,但是竞争的程度很轻,一般两个线程对于同一个锁的操作都会错开,或者说稍微等待一下(自旋),另一个线程就会释放锁。 但是当自旋超过一定的次数,或者一个线程在持有锁,一个在自旋,又有第三个来访时,轻量级锁膨胀为重量级锁,重量级锁使除了拥有锁的线程以外的线程都阻塞,防止CPU空转。

monitor(管程)

Java虚拟机给每个对象和class字节码都设置了一个监听器Monitor,用于检测并发代码的重入,同时在Object类中还提供了notify和wait方法来对线程进行控制。

概念

管程,英文是 Monitor,也常被翻译为“监视器”,monitor 不管是翻译为“管程”还是“监视器”,都是比较晦涩的,通过翻译后的中文,并无法对 monitor 达到一个直观的描述。

在《操作系统同步原语》 这篇文章中,介绍了操作系统在面对进程/线程间同步的时候,所支持的一些同步原语,其中 semaphore 信号量 和 mutex 互斥量是最重要的同步原语。

在使用基本的 mutex 进行并发控制时,需要程序员非常小心地控制 mutex 的 down 和 up 操作,否则很容易引起死锁等问题。为了更容易地编写出正确的并发程序,所以在mutex 和 semaphore 的基础上,提出了更高层次的同步原语 monitor,不过需要注意的是,操作系统本身并不支持 monitor 机制,实际上,monitor 是属于编程语言的范畴,当你想要使用 monitor 时,先了解一下语言本身是否支持 monitor 原语,例如 C 语言它就不支持 monitor,Java 语言支持 monitor。

一般的 monitor 实现模式是编程语言在语法上提供语法糖,而如何实现 monitor 机制,则属于编译器的工作,Java 就是这么干的。

monitor 的重要特点是,同一个时刻,只有一个 进程/线程 能进入 monitor 中定义的临界区,这使得 monitor 能够达到互斥的效果。但仅仅有互斥的作用是不够的,无法进入 monitor 临界区的 进程/线程,它们应该被阻塞,并且在必要的时候会被唤醒。显然,monitor 作为一个同步工具,也应该提供这样的管理进程/线程状态的机制。想想我们为什么觉得 semaphore 和 mutex 在编程上容易出错,因为我们需要去亲自操作变量以及对 进程/线程 进行阻塞和唤醒。monitor 这个机制之所以被称为“更高级的原语”,那么它就不可避免地需要对外屏蔽掉这些机制,并且在内部实现这些机制,使得使用 monitor 的人看到的是一个简洁易用的接口。

基本元素

monitor 机制需要几个元素来配合,分别是:
1. 临界区
2. monitor 对象及锁
3. 条件变量以及定义在 monitor 对象上的 wait,signal 操作

使用 monitor 机制的目的主要是为了互斥进入临界区,为了做到能够阻塞无法进入临界区的进程/线程,还需要一个 monitor object 来协助,这个 monitor object 内部会有相应的数据结构,例如列表,来保存被阻塞的线程;同时由于 monitor 机制本质上是基于 mutex 这种基本原语的,所以 monitor object 还必须维护一个基于 mutex 的锁。

此外,为了在适当的时候能够阻塞和唤醒进程/线程,还需要引入一个条件变量,这个条件变量用来决定什么时候是“适当的时候”,这个条件可以来自程序代码的逻辑,也可以是在 monitor object 的内部,总而言之,程序员对条件变量的定义有很大的自主性。

不过,由于 monitor object 内部采用了数据结构来保存被阻塞的队列,因此它也必须对外提供两个API来让线程进入阻塞状态以及之后被唤醒,分别是 wait 和 notify。
image.png
当一个线程需要获取 Object 的锁时,会被放入 EntrySet 中进行等待,如果该线程获取到了锁,成为当前锁的 owner。如果根据程序逻辑,一个已经获得了锁的线程缺少某些外部条件,而无法继续进行下去(例如生产者发现队列已满或者消费者发现队列为空),那么该线程可以通过调用 wait 方法将锁释放,进入 wait set 中阻塞进行等待,其它线程在这个时候有机会获得锁,去干其它的事情,从而使得之前不成立的外部条件成立,这样先前被阻塞的线程就可以重新进入 EntrySet 去竞争锁。这个外部条件在 monitor 机制中称为条件变量。

synchronized 关键字

synchronized 关键字是 Java 在语法层面上,用来让开发者方便地进行多线程同步的重要工具。要进入一个synchronized 方法修饰的方法或者代码块,会先获取与 synchronized 关键字绑定在一起的 Object 的对象锁,这个锁也限定了其它线程无法进入与这个锁相关的其它 synchronized 代码区域。

网上很多文章以及资料,在分析 synchronized 的原理时,基本上都会说 synchronized 是基于 monitor 机制实现的,但很少有文章说清楚,都是模糊带过。

参照前面提到的 Monitor 的几个基本元素,如果 synchronized 是基于 monitor 机制实现的,那么对应的元素分别是什么?

它必须要有临界区,这里的临界区我们可以认为是对对象头 mutex 的 P 或者 V 操作,这是个临界区
那 monitor object 对应哪个呢?mutex?总之无法找到真正的monitor object。

所以我认为“synchronized 是基于 monitor 机制实现的”这样的说法是不正确的,是模棱两可的。

Java 提供的 monitor 机制,其实是 Object,synchronized 等元素合作形成的,甚至说外部的条件变量也是个组成部分。JVM 底层的 ObjectMonitor 只是用来辅助实现 monitor 机制的一种常用模式,但大多数文章把 ObjectMonitor 直接当成了 monitor 机制。

我觉得应该这么理解:Java 对 monitor 的支持,是以机制的粒度提供给开发者使用的,也就是说,开发者要结合使用synchronized 关键字,以及 Object 的 wait / notify 等元素,才能说自己利用 monitor 的机制去解决了一个生产者消费者的问题。

从图中也可以看出:调用wait方法后进入等待池的线程,在notify/notifyAll唤醒后,并非进入到入口队列中(只是”状态位”的改变)[z1] ,届时会这些在等待池被唤醒的线程会和入口池的线程进行锁竞争。

Synchronized是通过对象内部的一个叫做监视器锁(monitor)来实现的。但是监视器(monitor)锁本质又是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的。而操作系统实现线程之间的切换这就需要从用户态转换到核心态,这个成本非常高,状态之间的转换需要相对比较长的时间,这就是为什么Synchronized效率低的原因。因此,这种依赖于操作系统Mutex Lock所实现的锁我们称之为“重量级锁”。JDK中对Synchronized做的种种优化,其核心都是为了减少这种重量级锁的使用。JDK1.6以后,为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗,提高性能,引入了“轻量级锁”和“偏向锁”。

线程状态

状态分类

  1. /**
  2. * A thread state. A thread can be in one of the following states:
  3. * <ul>
  4. * <li>{@link #NEW}<br>
  5. * A thread that has not yet started is in this state.
  6. * </li>
  7. * <li>{@link #RUNNABLE}<br>
  8. * A thread executing in the Java virtual machine is in this state.
  9. * </li>
  10. * <li>{@link #BLOCKED}<br>
  11. * A thread that is blocked waiting for a monitor lock
  12. * is in this state.
  13. * </li>
  14. * <li>{@link #WAITING}<br>
  15. * A thread that is waiting indefinitely for another thread to
  16. * perform a particular action is in this state.
  17. * </li>
  18. * <li>{@link #TIMED_WAITING}<br>
  19. * A thread that is waiting for another thread to perform an action
  20. * for up to a specified waiting time is in this state.
  21. * </li>
  22. * <li>{@link #TERMINATED}<br>
  23. * A thread that has exited is in this state.
  24. * </li>
  25. * </ul>
  26. *
  27. * <p>
  28. * A thread can be in only one state at a given point in time.
  29. * These states are virtual machine states which do not reflect
  30. * any operating system thread states.
  31. *
  32. * @since 1.5
  33. * @see #getState
  34. */
  35. public enum State {
  36. /**
  37. * Thread state for a thread which has not yet started.
  38. */
  39. NEW,
  40. /**
  41. * Thread state for a runnable thread. A thread in the runnable
  42. * state is executing in the Java virtual machine but it may
  43. * be waiting for other resources from the operating system
  44. * such as processor.
  45. */
  46. RUNNABLE,
  47. /**
  48. * Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock.
  49. * A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock
  50. * to enter a synchronized block/method or
  51. * reenter a synchronized block/method after calling
  52. * {@link Object#wait() Object.wait}.
  53. */
  54. BLOCKED,
  55. /**
  56. * Thread state for a waiting thread.
  57. * A thread is in the waiting state due to calling one of the
  58. * following methods:
  59. * <ul>
  60. * <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li>
  61. * <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li>
  62. * <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li>
  63. * </ul>
  64. *
  65. * <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to
  66. * perform a particular action.
  67. *
  68. * For example, a thread that has called <tt>Object.wait()</tt>
  69. * on an object is waiting for another thread to call
  70. * <tt>Object.notify()</tt> or <tt>Object.notifyAll()</tt> on
  71. * that object. A thread that has called <tt>Thread.join()</tt>
  72. * is waiting for a specified thread to terminate.
  73. */
  74. WAITING,
  75. /**
  76. * Thread state for a waiting thread with a specified waiting time.
  77. * A thread is in the timed waiting state due to calling one of
  78. * the following methods with a specified positive waiting time:
  79. * <ul>
  80. * <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li>
  81. * <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li>
  82. * <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li>
  83. * <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li>
  84. * <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li>
  85. * </ul>
  86. */
  87. TIMED_WAITING,
  88. /**
  89. * Thread state for a terminated thread.
  90. * The thread has completed execution.
  91. */
  92. TERMINATED;
  93. }

NEW(新建)、RUNNABLE(运行)、BLOCKED(锁池)、TIMED_WAITING(定时等待)、WAITING(等待)、TERMINATED(终止、结束)。真正的源码层没有阻塞状态,没有可运行,没有挂起状态,大概只是为了易于理解(或者是操作系统层的线程状态?…)

进入 waiting 状态是线程主动的,而进入 blocked 状态是被动的。更进一步的说,进入 blocked 状态是在同步(synchronized)代码之外,而进入 waiting 状态是在同步代码之内(然后马上退出同步)