Java?Synchronize底層原理總結(jié)

更新時間：2023年06月14日 08:43:24 作者：EzreaLwj

這篇文章主要給大家總結(jié)了Java?Synchronize底層原理，文中的圖文講解介紹的非常詳細(xì)，對我們學(xué)習(xí)Java?Synchronize有一定的幫助,需要的朋友可以參考下

對象內(nèi)存結(jié)構(gòu)

對象頭：MarkWord 存儲對象頭的信息，Klass Word 描述對象實例的具體類型

實例數(shù)據(jù)：成員變量

對齊填充：如果對象頭 + 實例變量不是 8 的整數(shù)倍，則通過對齊填充補齊

MarkWord 解析

hashcode：25位的對象標(biāo)識Hash碼
age：對象分代年齡占4位
biased_lock：偏向鎖標(biāo)識，占1位，0表示沒有開始偏向鎖，1表示開啟了偏向鎖
thread：持有偏向鎖的線程ID,占23位
epoch：偏向時間戳，占2位
ptr_to_lock_record：輕量級鎖狀態(tài)下，指向棧中鎖記錄的指針，占30位
ptr_to_heavyweight_monitor：重量級鎖狀態(tài)下，指向?qū)ο蟊O(jiān)視器Monitor的指針，占30位

LockRecord 鎖記錄

Markword：記錄鎖記錄的地址

對象引用：引用被加上鎖了的對象

重量級鎖

Monitor

Monitor 監(jiān)視器，是由 jvm 提供的，由 C++ 實現(xiàn)的，有三個實現(xiàn)部分

WaitSet：調(diào)用了 wait 方法的線程在這里等待，處于 WAITED 狀態(tài)

EntryList：沒有搶到對象鎖的線程在這里等待，處于 BLOCKED 狀態(tài)

Owner：存儲已經(jīng)搶到鎖的線程對象

Monitor 的實現(xiàn)屬于重量級鎖，涉及到 內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)的切換，線程的上下文切換，每個 Java 對象都會關(guān)聯(lián)一個 Monitor 對象，如果使用 Synchronize 給該對象加鎖，那么 Java 對象上面的 MarkWord 地址就被設(shè)置為指向該 Monitor 對象的指針

輕量級鎖

加鎖流程：

在線程棧中創(chuàng)建一個 Lock Record 對象，它的 object reference 字段指向鎖對象
通過 CAS 指令把 Lock Record 的地址存放到對象頭的 Markword 中，如果是無鎖狀態(tài)則修改成功，代表該線程獲取了輕量級鎖
如果當(dāng)前線程已經(jīng)持有該鎖，就代表是一次鎖重入，設(shè)置 Lock Record 的第一部分為 null，起到一個重入計數(shù)器的作用
如果 CAS 修改失敗，則說明發(fā)生了競爭，需要膨脹為重量級鎖

解鎖過程：

遍歷線程棧，找到所有 object reference 字段等于當(dāng)前鎖對象的 Lock record
如果 Lock record 的 MarkWord 為 null，代表這是一次重入，將 obj 設(shè)置為 null 后 continue 即可
如果 Lock record 的 Markword 不為 null，則利用 CAS 指令將對象頭的 markword 與對象對象頭的 markword 進(jìn)行替換，如果成功則恢復(fù)為無鎖狀態(tài)，如果失敗則膨脹為重量級鎖

Markword 記錄

開始時的狀態(tài)

替換后的狀態(tài)

偏向鎖

背景：輕量級鎖在沒有競爭的時候，每次重入都需要進(jìn)行 CAS 操作

Java 6 中引入偏向鎖來做進(jìn)一步的優(yōu)化：只有第一次操才使用 CAS 將線程 ID 設(shè)置到對象的 markword 頭，之后發(fā)現(xiàn)這個線程 ID 是自己就不會產(chǎn)生競爭，不用重新 CAS，以后只要不發(fā)生競爭，這個對象就歸這個線程所有

代碼示例：

public class Thread5 {
    private static final Object object = new Object();
    public static void method1() {
        synchronized (object) {
            method2();
        }
    }
    public static void method2() {
        synchronized (object) {
            method3();
        }
    }
    public static void method3() {
        synchronized (object) {
        }
    }
}