Synchronized的实现原理

x33g5p2x  于2021-12-30 转载在 其他  
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Synchronized是由JVM实现的一种实现互斥同步的一种方式,如果你查看被Synchronized修饰过的程序块编译后的字节码,会发现,被Synchronized修饰过的程序块,在编译前后被编译器生成了monitorenter、monitorexit两个字节码指令。
   这两个指令是什么意思呢?
   在虚拟机执行到monitorenter指令时,首先要尝试获取对象的锁:如果这个对象没有锁定,或者当前线程已经拥有了这个对象的锁,把锁的计数器+1;当执行monitorexit指令时将锁计数器-1;当计数器为0时,锁就被释放了。如果获取对象失败了,那当前线程就要阻塞等待,直到对象锁被另外一个线程释放为止。Java中Synchronize通过在对象头设置标记,达到了获取锁和释放锁的目的。

1、什么是可重入性,为什么说Synchronized是可重入锁?

可重入性是锁的一个基本要求,是为了解决自己锁死自己的情况。
   比如下面的伪代码,一个类中的同步方法调用另一个同步方法,假如Synchronized不支持重入,进入method2方法时当前线程获得锁,method2方法里面执行method1时当前线程又要去尝试获取锁,这时如果不支持重入,它就要等释放,把自己阻塞,导致自己锁死自己。
   对Synchronized来说,可重入性是显而易见的,刚才提到,在执行monitorenter指令时,如果这个对象没有锁定,或者当前线程已经拥有了这个对象的锁(而不是已拥有了锁则不能继续获取),就把锁的计数器+1,其实本质上就通过这种方式实现了可重入性。

2、为什么说Synchronized是非公平锁?

非公平主要表现在获取锁的行为上,并非是按照申请锁的时间前后给等待线程分配锁的,每当锁被释放后,任何一个线程都有机会竞争到锁,这样做的目的是为了提高执行性能,缺点是可能会产生线程饥饿现象。

3、JVM对Java的原生锁做了哪些优化?

在Java6之前,Monitor的实现完全依赖底层操作系统的互斥锁来实现,也就是我们刚才在问题二中所阐述的获取/释放锁的逻辑。由于Java层面的线程与操作系统的原生线程有映射关系,如果要将一个线程进行阻塞或唤起都需要操作系统的协助,这就需要从用户态切换到内核态来执行,这种切换代价十分昂贵,很耗处理器时间,现代JDK中做了大量的优化。
   一种优化是使用自旋锁,即在把线程进行阻塞操作之前先让线程自旋等待一段时间,可能在等待期间其他线程已经解锁,这时就无需再让线程执行阻塞操作,避免了用户态到内核态的切换。
   现代JDK中还提供了三种不同的Monitor实现,也就是三种不同的锁:

  • 偏向锁(BiasedLocking)
  • 轻量级锁
  • 重量级锁
    这三种锁使得JDK得以优化Synchronized的运行,当JVM检测到不同的竞争状况时,会自动切换到适合的锁实现,这就是锁的升级、降级。
  • 当没有竞争出现时,默认会使用偏向锁。JVM会利用CAS操作,在对象头上的MarkWord部分设置线程
    ID,以表示这个对象偏向于当前线程,所以并不涉及真正的互斥锁,因为在很多应用场景中,大部分对象生命周期中最多会被一个线程锁定,使用偏斜锁可以降低无竞争开销。
  • 如果有另一线程试图锁定某个被偏斜过的对象,JVM就撤销偏斜锁,切换到轻量级锁实现。
  • 轻量级锁依赖CAS操作MarkWord来试图获取锁,如果重试成功,就使用普通的轻量级锁;否则,进一步升级为重量级锁。

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