synchronized-原子性

系统管理员 2022-05-26 12:59 358阅读 0赞

## 一.锁 ##

1.  synchronized:依赖JVM
2.  Lock:依赖特殊 cpu指令,代码实现,ReentrantLock

## 二.synchronized-原子性-修饰的对象 ##

1.  修饰代码块:大括号括起来的代码,作用于调用对象
2.  修饰方法:整个方法,作用于调用对象
3.  修饰静态方法:真个静态方法,作用于所有对象
4.  修饰类:括号括起来的部分,作用于所有对象

## 三.synchronized作用: ##

1.  确保线程互斥的访问同步代码
2.  保证共享变量的修改能够及时可见
3.  有效解决重排序问题

## 四.synchronized实现原理： ##

Synchronized用的锁是存在**Java对象头里**的，synchronized是JVM实现的一种锁，其中锁的获取和释放分别是monitorenter和monitorexit指令，该锁在实现上分为了偏向锁、轻量级锁和重量级锁，其中偏向锁在1.6是默认开启的，轻量级锁在多线程竞争的情况下会膨胀成重量级锁。

*  **java对象头**和**Monitor**是Synchronized实现锁的基础

Java头对象由Mark Word(标记字段) 和 Class Metadata Address(类型指针) 组成：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>虚拟机位数</th> 
   <th>头对象结构</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>32/64bit</td> 
   <td>Mark Word</td> 
   <td>存储对象的hashCode、锁信息或分代年龄或GC标志等信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>32/64bit</td> 
   <td>Class Metadata Address</td> 
   <td>类型指针指向对象的类元数据，JVM通过这个指针确定该对象是哪个类的实例。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 五.什么是Monitor？ ##

我们可以把它理解为一个同步工具，也可以描述为一种同步机制，它通常被描述为**对象监视器。**

## 六.java1.6之后synchronized的优化 ##

jdk1.6对锁的实现引入了大量的优化，如自旋锁、适应性**自旋锁**、**锁消除**、**锁粗化、偏向锁、轻量级锁**等技术来减少锁操作的开销。

## 七. 锁主要存在四中状态: ##

锁主要存在四中状态，依次是：**无锁状态**、**偏向锁状态**、**轻量级锁状态**、**重量级锁状态**，他们会随着竞争的激烈而逐渐升级。注意锁可以升级不可降级，这种策略是为了提高获得锁和释放锁的效率。

## 八.synchronized实现原理-图解: ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2N3bF8wNTE0_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
枷锁过程概述:  
就是在进入**加锁**代码块的时候加一个monitorenter的指令，然后针对锁对象关联的monitor累加加锁计数器，同时标识自己这个线程加了锁,通过monitor里的加锁计数器可以实现可重入的加锁.  
**在出锁**代码块的时候，加一个monitorexit的指令，然后递减锁计数器，如果锁计数为0，就会标志当前线程不持有锁，释放锁,然后wait和notify关键字的实现也是依托于monitor实现的，有线程执行wait之后，自己会加入一个waitset中等待唤醒获取锁，notifyall操作会从monitor的waitset中唤醒所有的线程，让他们竞争获取锁.

**对上面图形进行详解:**

MyObject lock = new MyObject();
    synchronized(lock) { 
    
    }

1.  java对象都是分为对象头和实例变量两块的，其中实例变量就是大家平时看到的对象里的那些变量数据。然后对象头包含了两块东西，一个是Mark Word（包含hashCode、锁数据、GC数据，等等），另一个是Class Metadata Address（包含了指向类的元数据的指针）
2.  在Mark Word里就有一个指针，是指向了这个对象实例关联的monitor的地址，这个monitor是c++实现的，不是java实现的。这个monitor实际上是c++实现的一个ObjectMonitor对象，里面包含了一个\_owner指针，指向了持有锁的线程。
3.  ObjectMonitor里还有一个entrylist，想要加锁的线程全部先进入这个entrylist等待获取机会尝试加锁，实际有机会加锁的线程，就会设置\_owner指针指向自己，然后对\_count计数器累加1次
4.  各个线程尝试竞争进行加锁，此时竞争加锁是在JDK 1.6以后优化成了基于CAS来进行加锁，理解为跟之前的Lock API的加锁机制是类似的，CAS操作，操作\_count计数器，比如说将\_count值尝试从0变为1
5.  如果成功了，那么加锁成功了；如果失败了，那么加锁失败了
6.  然后释放锁的时候，先是对\_count计数器递减1，如果为0了就会设置\_owner为null，不再指向自己，代表自己彻底释放锁
7.  如果获取锁的线程执行wait，就会将计数器递减，同时\_owner设置为null，然后自己进入waitset中等待唤醒，别人获取了锁执行notify的时候就会唤醒waitset中的线程竞争尝试获取锁

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