- 原子性:确保线程互斥的访问同步代码;
- 可见性:保证共享变量的修改能够及时可见,其实是通过Java内存模型中的 “对一个变量unlock操作之前,必须要同步到主内存中;如果对一个变量进行lock操作,则将会清空工作内存中此变量的值,在执行引擎使用此变量前,需要重新从主内存中load操作或assign操作初始化变量值” 来保证的;
- 有序性:有效解决重排序问题,即 “一个unlock操作先行发生(happen-before)于后面对同一个锁的lock操作”;
synchronized作用范围
synchronized可以作用于代码块
synchronized (this){}
synchronized可以作用于普通方法
public synchronized void test(){}
synchronized可以作用于静态方法方法
public static synchronized void test(){}
- 当synchronized作用在实例方法时,监视器锁(monitor)便是对象实例(this);
- 当synchronized作用在静态方法时,监视器锁(monitor)便是对象的Class实例,因为Class数据存在于永久代,因此静态方法锁相当于该类的一个全局锁;
当synchronized作用在某一个对象实例时,监视器锁(monitor)便是括号括起来的对象实例;
synchronized同步原理
代码块的同步原理
monitorenter:每个对象都是一个监视器锁(monitor)。当monitor被占用时就会处于锁定状态,线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权,过程如下:
- 如果monitor的进入数为0,则该线程进入monitor,然后将进入数设置为1,该线程即为monitor的所有者;
- 如果线程已经占有该monitor,只是重新进入,则进入monitor的进入数加1;
- 如果其他线程已经占用了monitor,则该线程进入阻塞状态,直到monitor的进入数为0,再重新尝试获取monitor的所有权;
- monitorexit:执行monitorexit的线程必须是objectref所对应的monitor的所有者。指令执行时,monitor的进入数减1,如果减1后进入数为0,那线程退出monitor,不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权。
- monitorexit指令出现了两次,第1次为同步正常退出释放锁;第2次为发生异步退出释放锁;
方法的同步原理
从编译的结果来看,方法的同步并没有通过指令 monitorenter 和 monitorexit 来完成(理论上其实也可以通过这两条指令来实现),不过相对于普通方法,其常量池中多了 ACC_SYNCHRONIZED 标示符。JVM就是根据该标示符来实现方法的同步的:
当方法调用时,调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置,如果设置了,执行线程将先获取monitor,获取成功之后才能执行方法体,方法执行完后再释放monitor。
在方法执行期间,其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。
对象头
Synchronized是通过对象内部的一个叫做监视器锁(monitor)来实现的,监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock(互斥锁)来实现的
实例数据:存放当前对象实例的一些数据,包括父类属性信息
对齐填充:Java要求对象的起始地址必须是8字节的整数倍
对象头:由Mark Word和Class Pointer构成
Mark Word
Mark Word用于存储对象自身的运行时数据,它是实现轻量级锁和偏向锁的关键
Mark Word中数据结构是不定的,会和当前对象状态发生改变(最后两位bit存储标志位,标志着Mark Word内部存储的东西)
Lock Record
在线程进入同步代码块的时候,如果此同步对象没有被锁定,即它的锁标志位是01,则虚拟机首先在当前线程的栈中创建我们称之为“锁记录(Lock Record)”的空间,用于存储锁对象的Mark Word的拷贝,官方把这个拷贝称为Displaced Mark Word。整个Mark Word及其拷贝至关重要。
Lock Record中不但存在Displaced Mark Word 还存在 Object Reference ,Object reference 会指向 对象头
加锁
在拷贝(Displaced Mark Word)完成后,首先会挂起持有偏向锁的线程,因为要进行尝试修改锁记录指针,Mark Word会有变化,所有线程会利用CAS尝试将MarkWord的锁记录指针改为指向自己(线程)的锁记录,然后Lock Record的Owner指向对象的Mark Word,修改成功的线程将获得轻量级锁。失败则线程升级为重量级锁。
[
](https://blog.csdn.net/slslslyxz/article/details/106363990)
释放锁
释放时会检查Mark Word中的Lock Record指针是否指向自己(获得锁的线程Lock Record),使用原子的CAS将Displaced Mark Word替换回对象头,如果成功,则表示没有竞争发生,如果替换失败则升级为重量级锁。
Lock Record结构:
Lock Record | 描述 |
---|---|
Owner | 初始时为NULL表示当前没有任何线程拥有该monitor record,当线程成功拥有该锁后保存线程唯一标识,当锁被释放时又设置为NULL; |
EntryQ | 关联一个系统互斥锁(semaphore),阻塞所有试图锁住monitor record失败的线程; |
RcThis | 表示blocked或waiting在该monitor record上的所有线程的个数; |
Nest | 用来实现 重入锁的计数; |
HashCode | 保存从对象头拷贝过来的HashCode值(可能还包含GC age)。 |
Candidate | 用来避免不必要的阻塞或等待线程唤醒,因为每一次只有一个线程能够成功拥有锁,如果每次前一个释放锁的线程唤醒所有正在阻塞或等待的线程,会引起不必要的上下文切换(从阻塞到就绪然后因为竞争锁失败又被阻塞)从而导致性能严重下降。Candidate只有两种可能的值0表示没有需要唤醒的线程1表示要唤醒一个继任线程来竞争锁。 |
三种锁的详细介绍
http://www.itabin.com/mark-word/