Java核心知识 多线程并发 Synchronized 同步锁(九)


Synchronized 同步锁

synchronized 它可以把任意一个非 NULL 的对象当作锁。他属于独占式的悲观锁,同时属于可重 入锁。

Synchronized 作用范围

1. 作用于方法时,锁住的是对象的实例(this);

2. 当作用于静态方法时,锁住的是 Class 实例,又因为 Class 的相关数据存储在永久带 PermGen (jdk1.8 则是 metaspace),永久带是全局共享的,因此静态方法锁相当于类的一个全局锁, 会锁所有调用该方法的线程;

3. synchronized 作用于一个对象实例时,锁住的是所有以该对象为锁的代码块。它有多个队列, 当多个线程一起访问某个对象监视器的时候,对象监视器会将这些线程存储在不同的容器中。

Synchronized 核心组件

1) Wait Set:哪些调用 wait 方法被阻塞的线程被放置在这里;

2) Contention List:竞争队列,所有请求锁的线程首先被放在这个竞争队列中;

3) Entry List:Contention List 中那些有资格成为候选资源的线程被移动到 Entry List 中; 4) OnDeck:任意时刻,最多只有一个线程正在竞争锁资源,该线程被成为 OnDeck;

5) Owner:当前已经获取到所资源的线程被称为 Owner;

6) !Owner:当前释放锁的线程。

Synchronized 实现


1. JVM 每次从队列的尾部取出一个数据用于锁竞争候选者( OnDeck),但是并发情况下, ContentionList 会被大量的并发线程进行 CAS 访问,为了降低对尾部元素的竞争,JVM 会将 一部分线程移动到 EntryList 中作为候选竞争线程。

2. Owner 线程会在 unlock 时,将 ContentionList 中的部分线程迁移到 EntryList 中,并指定 EntryList 中的某个线程为 OnDeck 线程(一般是最先进去的那个线程)。

3. Owner 线 程 并 不 直 接 把 锁 传递给 OnDeck 线 程 , 而 是 把 锁 竞 争 的 权 利 交 给 OnDeck, OnDeck 需要重新竞争锁。这样虽然牺牲了一些公平性,但是能极大的提升系统的吞吐量,在 JVM 中,也把这种选择行为称之为“竞争切换”。

4. OnDeck 线程获取到锁资源后会变为 Owner 线程,而没有得到锁资源的仍然停留在 EntryList 中。如果 Owner 线程被 wait 方法阻塞,则转移到 WaitSet 队列中,直到某个时刻通过 notify 或者 notifyAll 唤醒,会重新进去 EntryList 中。

5. 处于 ContentionList、EntryList、WaitSet 中的线程都处于阻塞状态,该阻塞是由操作系统 来完成的(Linux 内核下采用 pthread_mutex_lock 内核函数实现的)。

6. Synchronized 是非公平锁。 Synchronized 在线程进入 ContentionList 时,等待的线程会先 尝试自旋获取锁,如果获取不到就进入 ContentionList,这明显对于已经进入队列的线程是 不公平的,还有一个不公平的事情就是自旋获取锁的线程还可能直接抢占 OnDeck 线程的锁 资源。

7. 每个对象都有个 monitor 对象,加锁就是在竞争 monitor 对象,代码块加锁是在前后分别加 上 monitorenter 和 monitorexit 指令来实现的,方法加锁是通过一个标记位来判断的

8. synchronized 是一个重量级操作,需要调用操作系统相关接口,性能是低效的,有可能给线 程加锁消耗的时间比有用操作消耗的时间更多。

9. Java1.6,synchronized 进行了很多的优化,有适应自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁及偏向 锁等,效率有了本质上的提高。在之后推出的 Java1.7 与 1.8 中,均对该关键字的实现机理做 了优化。引入了偏向锁和轻量级锁。都是在对象头中有标记位,不需要经过操作系统加锁。

10. 锁可以从偏向锁升级到轻量级锁,再升级到重量级锁。这种升级过程叫做锁膨胀;

11. JDK 1.6 中默认是开启偏向锁和轻量级锁,可以通过-XX:-UseBiasedLocking 来禁用偏向锁。