前言

本文主要内容

  • 介绍Synchronized并进行简单使用
  • 简要介绍Synchronized的实现原理
  • 介绍锁的升降级

正文

介绍及简单使用

介绍

依赖jvm实现的互斥同步方式，被称为内部锁。

重量级锁

因为是互斥同步方式，同一时间只能有一个线程操作共享资源，又因为使用的调度方式是抢占式调度，因此在时间片结束前，正在执行的线程无法将任务执行完。当时间到达，线程挂起，等到下次抢占后，恢复现场，继续工作。一个任务的完成需要频繁的挂起与恢复，而挂起与恢复需要转入内核态完成，这就会在用户态与内核态之间频繁转换，而这种转换会占用大量资源。因此这种实现单一线程操作共享资源的锁被称为重量级锁。在jdk1.6之前，synchronized只有这种方式。

JDK1.6时的优化

首先，重量级锁实现方式并不是不好，在高并发的环境下，这种方式不可替代，但是需要分情况，若竞争同一个共享资源线程数量小于cpu核心数，也就是小于硬件支持的并行线程数量，那么是不是可以考虑下，不让等待的线程挂起？只是让其进行无意义的活动，进行等待；若在某一个时间段，同一个线程连续操作同一个共享资源，那么是否可以考虑在这一时间段取消同步？当作这一个线程独享的moment,直到一个不同的线程开始竞争；对于一个虽然编码阶段是同步资源，但判定它不可能有共享的机会，那么是否应该取消同步？
针对这三个特殊情况，JDK1.6进行了优化，因此有了轻量级锁，偏向锁，无锁

简单使用

内部锁是在对象上加锁。可以修饰静态方法、非静态方法、代码块

  1. public class SynchronizedTest {
  2.     private static SynchronizedTest instance;
  4.     private int num;
  6.     //修饰静态方法，锁类对象
  7.     public static synchronized SynchronizedTest getInstance1(){
  8.         if(null == instance){
  9.             instance = new SynchronizedTest();
  10.         }
  11.         return instance;
  12.     }
  13.     //修饰代码块，锁指定对象
  14.     public static SynchronizedTest getInstance2(){
  15.         if(null == instance){
  16.             synchronized (SynchronizedTest.class){
  17.                 if(null == instance){
  18.                     instance = new SynchronizedTest();
  19.                 }
  20.             }
  21.         }
  22.         return instance;
  23.     }
  24.     //修饰非静态方法，锁当前对象（这个代码纯粹是为了演示）
  25.     public synchronized void add(int num){
  26.         num++;
  27.     }
  28. }

实现原理

预备知识

对象头

image.png

ObjectMonitor

每个对象都有一个与之关联的Monitor对象 -一个synchronized跟面试官扯了半个小时

OpenJDK / jdk8u / jdk8u / hotspot
image.png
这里需要关注的变量有：

  • _count: 重入次数
  • _waiters: 等待线程数
  • _owner: 当前持有锁的线程
  • _WaitSet: 调用了 wait 方法被阻塞的线程
  • _EntryList: 等待获取锁的线程

加锁与释放锁的实现

重量级锁的实现

共享资源对应着一个monitor对象，多个线程竞争共享资源，其实是竞争monitor。请求锁的线程先存入竞争队列中，当线程获取monitor后，
_owner指向当前线程，对象头中的标记字段中记录monitor地址，同时设置锁标志位为10

偏向锁的实现

当锁对象第一次被线程获取时，对象头的标志位记录当前线程ID，若设置成功，则取消同步，直到有其它线程竞争时，取消偏向锁

轻量级锁的实现

若线程数量不超过硬件支持的并行数量，那么其余线程未抢到锁的线程，可以进行自旋来忙等待，以避免频繁的上下文切换。线程会在自己的栈帧中创建锁记录，然后拷贝资源对象的Mark Word,然后将锁记录中的owner指向

在过程中会进行自旋，当超过旋转次数时，就会进行锁升级，升级为重量级锁，避免浪费cpu资源，如果同一个锁上一次成功自旋获取了，那么对于这个锁，下一次自旋的次数就会增加，如失败则相反，这就是自适应自旋