一種閱讀姿式，品讀Lock和Synchronized鎖

1.Synchronized鎖

底層是monitor監視器，每個對象再建立的時候都會常見一個monitor監視器，在使用synchronized代碼塊的時候，會在代碼塊的先後產生一個monitorEnter和monitorexit指令，來標識這是一個同步代碼塊。

1.1 執行流程

線程遇到同步代碼塊，給這個對象monitor對象加1，當線程退出當前代碼塊之後，給這個對象的monitor對象減一，若是monitor指令的值爲0則當前線程釋放鎖。

1.2 反編譯源碼

同步代碼塊反編譯

public void test01(){
        synchronized (this){
            int num = 1 ;
        }
    }

兩次monitorexit的做用是避免同步代碼塊沒法跳出，所以存在兩種，正常退出和異常退出

同步方法反編譯

public synchronized  void test01(){
            int num = 1 ;
    }

能夠發現其沒有在同步方法先後添加monitor指令，可是在其底層實際上也是經過monitor指令實現的，只不過相較於同步代碼塊來講，他是隱式的。

1.3 鎖升級

在JDK1.5的時候對於synchronzied作了一系列優化操做，增長了諸如：偏向鎖，輕量級鎖，自旋鎖，鎖粗化，重量級鎖的概念。

1.3.1 偏向鎖

在一個線程在執行獲取鎖的時候，當前線程會在monitor對象中存儲指向該線程的ID。當線程再次進入的時候，不須要經過CAS的方法再來進行加鎖或者解鎖，而是檢測偏向鎖的ID是否是當前要進行的線程，若是是，直接進入。

偏向鎖，適用於一個線程執行任務的狀況

在JDK1.6中，默認是開啓的。能夠經過-XX:-UseBiasedLocking=false參數關閉偏向鎖

1.3.2 輕量級鎖

輕量級鎖是指鎖爲偏向鎖的時候，該鎖被其餘線程嘗試獲取，此時偏向鎖升級爲輕量級鎖，其餘線程會經過自旋的方式嘗試獲取鎖，線程不會阻塞，從而提供性能

升級爲輕量級鎖的狀況有兩種：

• 關閉偏向鎖
• 有多個線程競爭偏向鎖的時候

具體實現：

線程進行代碼塊之後，若是同步對象鎖狀態爲無鎖的狀態，虛擬機將首先在當前線程的棧幀中建立一個鎖記錄的空間。這個空間內存儲了當前獲取鎖的對象。

使用狀況：

兩個線程的互相訪問

1.3.3 重量級鎖

在有超過2個線程訪問同一把鎖的時候，鎖自動升級爲重量級鎖，也就是傳統的synchronized，此時其餘未獲取鎖的線程會陷入等待狀態，不可被中斷。

因爲依賴於monitor指令，因此其消耗系統資源比較大

上面的三個階段就是鎖升級的過程

1.3.4 鎖粗化

當在一個循環中，咱們屢次使用對同一個代碼進行加鎖，這個時候，JVM會自動實現鎖粗化，即在循環外進行添加同步代碼塊。

代碼案例：

鎖粗化以前：

for (int i = 0; i < 10; i++) {
            synchronized (LockBigDemo.class){
                System.out.println();
            }
        }

鎖粗化以後：

synchronized (LockBigDemo.class){
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    System.out.println();
            }
        }

本次關於synchronized的底層原理沒有以代碼的方式展開，以後筆者會出一篇synchronized底層原理剖析的文章

2. Lock鎖

一個類級別的鎖，須要手動釋放鎖。能夠選擇性的選擇設置爲公平鎖或者不公平鎖。等待線程能夠被打斷。

底層是基於AQS+AOS。AQS類完成具體的加鎖邏輯，AOS保存獲取鎖的線程信息

2.1 ReentrantLock

咱們以ReentrantLock爲例解析一下其加鎖的過程。

2.1.1 lock方法

首先經過ReentrantLock的構造方法的布爾值判斷建立的鎖是公平鎖仍是非公平鎖。

假設如今建立的是非公平鎖，他首先會判斷鎖有沒有被獲取，若是沒有被獲取，則直接獲取鎖；

若是鎖已經被獲取，執行一次自旋，嘗試獲取鎖。

若是鎖已經被獲取，則將當前線程封裝爲AQS隊列的一個節點，而後判斷當前節點的前驅節點是否是HEAD節點，若是是，嘗試獲取鎖；若是不是。則尋找一個安全點（線程狀態位SIGNAL=-1的節點）。

開始不斷自旋。判斷前節點是否是HEAD節點，若是是獲取鎖，若是不是掛起。

源碼解讀：

• 非公平鎖lock

final void lock() {
    //判斷是否存在鎖
            if (compareAndSetState(0, 1))
                //獲取鎖
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }

public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }

//非公平鎖的自旋邏輯
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
        //獲取鎖狀態
            int c = getState();
        //若是鎖沒被獲取，獲取鎖
            if (c == 0) {
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
    //當前線程已經獲取到了鎖
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                //線程進入次數增長
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

//將線程封裝爲一個線程節點，傳入鎖模式，排他或者共享
private Node addWaiter(Node mode) {
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
        // 獲取尾節點
        Node pred = tail;
    //若是尾節點不爲Null，直接將這個線程節點添加到隊尾
        if (pred != null) {
            node.prev = pred;
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
    //爲空，自旋設置尾節點
        enq(node);
        return node;
    }

private Node enq(final Node node) {
        for (;;) {
            Node t = tail;
            //初始化
            if (t == null) { // Must initialize
                if (compareAndSetHead(new Node()))
                    tail = head;
            } else {
                node.prev = t;
                //將頭結點和尾結點都設置爲當前節點
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    t.next = node;
                    return t;
                }
            }
        }
    }

//嘗試入隊
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                //獲取節點的前驅節點，若是前驅節點爲head節點，則嘗試獲取鎖
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
                //若是不是，尋找安全位
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        int ws = pred.waitStatus;
    //前驅節點已經安全
        if (ws == Node.SIGNAL)
            return true;
    //前驅節點不安全，尋找一個線程狀態爲`Signal`的節點做爲前驅節點
        if (ws > 0) {
            do {
                node.prev = pred = pred.prev;
            } while (pred.waitStatus > 0);
            pred.next = node;
        } else {
            //不然直接設置這個前驅節點的線程等待狀態值
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
        }
        return false;
    }

//中斷線程
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        LockSupport.park(this);
        return Thread.interrupted();
    }

2.1.2 unlock方法

代碼解讀：

public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

public final boolean release(int arg) {
    //嘗試釋放鎖
        if (tryRelease(arg)) {
            //獲取隊列頭元素，喚醒該線程節點，執行任務
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }

protected final boolean tryRelease(int releases) {
            int c = getState() - releases;
    //判斷是否爲當前線程擁有鎖
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            boolean free = false;
    //釋放成功
            if (c == 0) {
                free = true;
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            setState(c);
            return free;
        }

private void unparkSuccessor(Node node) {
    
        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0)
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
      
        Node s = node.next;
        if (s == null || s.waitStatus > 0) {
            s = null;
            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
                if (t.waitStatus <= 0)
                    s = t;
        }
    //喚醒下一個節點
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);
    }

2.1.3 Node節點

/** 共享鎖，讀鎖使用 */
        static final Node SHARED = new Node();
        /** 獨佔鎖*/
        static final Node EXCLUSIVE = null;

        /** 不安全線程 */
        static final int CANCELLED =  1;
        /** 須要進行線程喚醒的線程 */
        static final int SIGNAL    = -1;
        /**condition等待中 */
        static final int CONDITION = -2;

        //線程等待狀態
        volatile int waitStatus;

        volatile Node prev;

        volatile Node next;

        volatile Thread thread;
        Node nextWaiter;

3. Lock鎖和Synchronized的區別

• Lock鎖是API層面，synchronized是CPU源語級別的
• Lock鎖等待線程能夠被中斷，synchronized等待線程不能夠被中斷
• Lock鎖能夠指定公平鎖和非公平鎖，synchronized只能爲非公平鎖
• Lock鎖須要主動釋放鎖，synchronized執行完代碼塊之後自動釋放鎖

更多原創文章請關注公衆號@MakerStack