Java併發編程-synchronized底層原理

synchronized底層原理與Monitor密切相關

1.Java對象頭

以 32 位虛擬機爲例
普通對象

對象的類型，如Student類型，Teacher類型等是由KlassWord來表示的，它是一個指針，指向了對象所從屬的Class。即找到類。
其中 Mark Word 結構爲

其中，age表示垃圾回收時的分代年齡，具體可見分代收集算法。年齡超過必定歲數就從倖存區調入到老年代。最後兩位，biased_lock和01表示偏向鎖和加鎖狀態。其它表示在不一樣狀態下每一位所表明的含義。Normal狀態表示對象的正常狀態。對它加各類所的時候，其值一般會改變。 數組對象

注意：因此，這裏咱們也能夠想到，在一個Integer對象裏，要保存8個字節的對象頭，還有4個字節的int類型的數據。

總共12字節，而基本數據類型int則只需4個字節。在內存敏感的狀況下，建議用基本類型。 2.Monitor（鎖）工做原理 synchronized底層原理能夠用Monitor工做原理來解釋 Monitor被翻譯爲監視器或者管程 每一個 Java 對象均可以關聯一個 Monitor 對象，若是使用 synchronized 給對象上鎖（重量級）以後，該對象頭的 Mark Word 中就被設置指向 Monitor 對象的指針

當咱們線程2執行以下代碼時：

synchronized(this){
//處理相關業務
}
複製代碼

1.Thread2線程執行上述代碼時，當前對象this會被上一把鎖，這是一把重量級鎖，this對象頭的Mark Word字段指向了操做系統建立的Monitor對象引用地址 MarkWord在沒有加任何鎖的時候，即Normal狀態，標記位爲01，一旦獲取了鎖，就會嘗試找一個monitor與之關聯，而後把最後兩位也即標記位從01改成10，而且把前面的全部位改爲指向monitor對象的指針，佔用30位。此時因爲只有Thread2線程，因此成功獲取了鎖。理所應當的成爲了monitor對象的owner。 owner表示Monitor鎖的持有者，並且同一個時刻只能有一個owner 

2.Monitor對象只能有一個owner，此時若是有其它線程如Thread-3或Thread-4等線程要獲取這把鎖就要進入Monitor對象的堵塞隊列EntryList中等待Thread2釋放鎖。 EntryList能夠理解位阻塞隊列或等待隊列。一直等待到其它線程釋放了owner的全部權  

3.等待鎖資源被釋放後，Thread-3或Thread-4會互相競爭鎖資源，並不能保證誰獲取到鎖，最終仍是有CPU來決定。 

4.Monitor對象的WaitSet存放的是，獲取到鎖的線程，可是因爲其它一些緣由致使線程進入Waiting狀態，又釋放了鎖資源，待介紹 一樣地，對於下圖

1.剛開始 Monitor 中 Owner 爲 null 

2.當 Thread-2 執行 synchronized(obj) 就會將 Monitor 的全部者 Owner 置爲 Thread-2，Monitor中只能有一個 Owner 

3.在 Thread-2 上鎖的過程當中，若是 Thread-3，Thread-4，Thread-5 也來執行 synchronized(obj)，就會進入EntryList BLOCKED

4.Thread-2 執行完同步代碼塊的內容，而後喚醒 EntryList 中等待的線程來競爭鎖，競爭的時是非公平的 

5.圖中 WaitSet 中的 Thread-0，Thread-1 是以前得到過鎖，但條件不知足進入 WAITING 狀態的線程，後面講wait-notify 時會分析

 synchronized 必須是進入同一個對象的 monitor 纔有上述的效果 

不加 synchronized 的對象不會關聯監視器，不聽從以上規則 

3.字節碼角度理解synchronized底層工做原理

public class synchronized1 {
    static final Object lock=new Object();
    static int counter=0;
    public static void main(String[] args){
        synchronized (lock){
            counter++;
        }
    }
} 
複製代碼

反編譯成字節碼，具體反編譯過程及字節碼指令介紹能夠參看JVM學習-字節碼指令
字節碼以下：

public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=3, args_size=1
         0: getstatic     #2                  //<-lock引用(synchronized開始)
         3: dup
         4: astore_1						  //lock引->slot1
         5: monitorenter					  //將lock對象Markword置爲monitor指針
         6: getstatic     #3                  // Field counter:I
         9: iconst_1
        10: iadd
        11: putstatic     #3                  // Field counter:I
        14: aload_1							  //<-lock引用，拿到剛開astore1剛纔存儲的臨時變量
        15: monitorexit						  //將lock對象MarkWord重置，喚醒EntryList.從新設置markword其它字段，讓entryList中正在等待的線程競爭鎖
        16: goto          24				 
   /*
   若是同步代碼塊中發生了異常，而後就處理下列代碼，即19-23行。
   最下面的Exception table表第一行時監測6-16行是否發生了異常，即同步代碼塊中的代碼。
   若是發生了異常，就跳轉到19行執行。
   先把異常對象存儲進來，而後根據對象引用地址找到monitor，而後也是作一些善後的工做。
   把monitor中的狀態還原，並喚醒entrylist中的其它線程      
   */
        19: astore_2
        20: aload_1
        21: monitorexit
        22: aload_2
        23: athrow
        24: return
      Exception table:
         from    to  target type
             6    16    19   any
            19    22    19   any 
複製代碼

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