synchronized原理學習筆記

synchronized 是Java併發編程中很是重要的角色，這裏簡單記錄對於其原理的學習

基礎內容

• synchronized 具備互斥性，能夠保證只有一個線程能夠訪問同步塊

• synchronized 修飾普通方法，鎖爲當前實例對象

• synchronized 修飾靜態方法，鎖爲當前類的Class對象

• synchronized 修飾同步方法塊，鎖爲代碼塊括號中填寫的對象

指令實現

• 同步代碼塊經過monitorenter和monitorexit兩條指令控制同步代碼塊的訪問
• 同步方法經過設置ACC_SYNCHRONIZED標誌符控制（也能夠經過上述兩條指令來實現）

全部Java對象都會有一個monitor，當monitor被持有後，對象就處於鎖定狀態。當執行到monitorenter指令時，線程會嘗試獲取對象的monitor，而執行monitorexit後會釋放對象的monitor

Java SE 1.6爲了下降鎖的獲取、釋放形成的性能損耗，增長了偏向鎖、輕量級鎖。鎖的級別由高到低依次爲無鎖狀態、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖，鎖能夠升級，但不能夠降級

偏向鎖

內容

鎖由同一線程屢次獲取時，會在對象頭中記錄線程ID，並在以後對同步塊的訪問時，不須要進行CAS操做來加鎖、解鎖。

Mark Word狀態

Mark Word記錄於對象頭，存儲對象的hashcode或鎖信息

這裏補充無鎖狀態的Mark Word狀態

鎖狀態	hashcode	分代年齡	是否偏向鎖	鎖標誌位
無鎖狀態	對象的hashcode	對象分代年齡	0	01

偏向鎖狀態的Mark Word狀態

鎖狀態	Thread ID	epoch	分代年齡	是否偏向鎖	鎖標誌位
偏向鎖	記錄指向的線程id	epoch	對象分代年齡	1	01

加鎖與解鎖

輕量級鎖

內容

輕量級鎖是經過自旋實現非阻塞同步，屬於樂觀鎖，能夠膨脹爲重量級鎖

Mark Word狀態

鎖狀態	記錄	鎖標誌位
輕量級鎖	指向棧中鎖記錄的指針	00

加鎖與解鎖

加鎖

解鎖

重量級鎖

內容

鎖升級爲重量級鎖後，其餘試圖獲取鎖的線程均會被阻塞，等待持有鎖的線程釋放鎖後，被喚醒的線程會開始競爭獲取鎖。

重量級鎖是一種互斥鎖，其依賴於對象內部的monitor鎖實現，在操做系統層面是經過MutexLock實現的。雖然在阻塞時不須要耗費CPU資源，可是線程從阻塞狀態喚醒須要操做系統完成狀態轉換（用戶態到內核態），耗時較長。

Mark Word狀態

鎖狀態	記錄	鎖標誌位
重量級鎖	指向互斥量（重量級鎖）的指針	10

比較

對比表參考《Java併發編程的藝術》

鎖	優勢	缺點	適用場景
偏向鎖	加鎖和解鎖不須要額外的消耗，和執行非同步方法相比僅存在納秒級的差距	若是線程間存在鎖競爭，會帶來額外的鎖撤銷的消耗	適用於只有一個線程訪問同步塊的場景
輕量級鎖	非阻塞同步，提升程序響應速度	自旋消耗CPU資源	追求響應時間，同步方法執行速度較快
重量級鎖	線程阻塞時不須要消耗CPU	線程阻塞，響應時間緩慢	追求吞吐量，同步塊執行時間較長

參考文章

1. 《Java併發編程的藝術》2.2 synchronized的實現原理與應用
2. 線程安全(上)--完全搞懂synchronized(從偏向鎖到重量級鎖)
3. Java併發編程：Synchronized底層優化（偏向鎖、輕量級鎖）

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