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synchronized原理

2020-10-23 14:10:00 軟體設計

文章目錄

    • 物件頭
    • Monitor(synchronized的重量鎖通過它來實作)
      • 機制
      • wait()、notify()
    • 偏向鎖
      • 存在意義
      • 應用場景(就是通過什么場景發現synchronized需要優化,進而誕生偏向鎖)
      • 偏向鎖的設計
        • 主體思想
        • 開啟了偏向鎖的無鎖->偏向鎖->輕量鎖
        • 重偏向
          • 執行緒復用執行緒id
          • 列印初始化資訊
          • 批量重偏向
          • 批量重偏向撤銷
    • 輕量鎖
      • 存在意義
      • 使用場景
      • 輕量鎖的設計
        • 加鎖
        • 解鎖
    • 鎖的優缺點及整體設計思想
    • 🔗

物件頭

假如物件是非陣列型別,則沒有 Array Length這一項,
在這里插入圖片描述
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從上往下分別是 無鎖,偏向鎖,輕量鎖,重量鎖,GC標記,


Monitor(synchronized的重量鎖通過它來實作)

機制

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  1. _owner 指向持有ObjectMonitor物件的執行緒地址,
  2. _WaitSet 存放呼叫wait方法,而進入等待狀態的執行緒的佇列,
  3. _EntryList 這里是等待鎖block狀態的執行緒的佇列,
  4. _recursions 鎖的重入次數,
  5. _count 執行緒獲取鎖的次數,
    在這里插入圖片描述

wait()、notify()

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偏向鎖

存在意義

偏向鎖的目標是減少昂貴的原子指令CAS(Compare And Swap)等的使用,Monitor里面也有可重入機制,就不會重新將該物件對應的Monitor里面的Owner改變了,(個人認為:這里應該不涉及到互斥信號量的分配問題,就算是 不是同一個執行緒競爭到了鎖也不會重新分配mutex呀,這個物件對應的monitor早都分配好了呀不需重新分配,)

應用場景(就是通過什么場景發現synchronized需要優化,進而誕生偏向鎖)

  1. 類加載程序有很多方法都是加sychronized鎖的,雖然可以并發地進行類加載,但大多數情況都是由main執行緒完成,(我不知道!網上看的,不知道是不是main執行緒!錯了別打我,就是舉個例子)
  2. 一些舊版本的庫(Vector、HashTable等?)

偏向鎖的設計

如若默認情況下偏向鎖開啟被延遲的話,-XX:BiasedLockingStartupDelay=0 可關于延遲,
如果確定應用程式里所有的鎖通常情況下處于競爭狀態,可以通過JVM引數關閉偏向鎖,
(畢竟,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,)

主體思想

%%%%%%%%%%%%%%
假如開啟了偏向鎖,當一個執行緒訪問同步塊并獲取鎖時,會在物件頭存盤鎖偏向的執行緒ID,以后該執行緒在進入和退出同步塊時不需要進行CAS操作來加鎖和解鎖:
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開啟了偏向鎖的無鎖->偏向鎖->輕量鎖

biased_lock=1,
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剛開始無鎖(這個無鎖指的是沒被任何執行緒進入過,不是不具備偏向鎖,偏向鎖不是一個真正的鎖,就是代碼層面去控制它而已),假如一個執行緒需要訪問該同步塊,則:

在這里插入圖片描述
這個時候物件頭的MarkWord(threId=null)沒有存盤著當前執行緒的偏向鎖,通過CAS將物件頭偏向鎖的執行緒ID指向當前執行緒來競爭鎖,變為:
這次CAS也可能競爭失敗,也許被其他執行緒搶先了,(T__T)
在這里插入圖片描述

  1. 一個執行緒在執行完同步代碼塊以后, 并不會嘗試將 MarkWord 中的 thread ID 賦回原來的值 ,這樣做的好處是: 如果該執行緒需要再次對這個物件加鎖,而這個物件之前一直沒有被其他執行緒嘗試獲取過鎖,依舊停留在可偏向的狀態下, 即可在不修改物件頭的情況下(即不使用CAS), 直接認為偏向成功,
  2. (只要threadID有值,且epoch不過期,CAS就一定會失敗) 如果 CAS 操作失敗, 則說明, 有另外一個執行緒 Thread B 搶先獲取了偏向鎖, 這種狀態說明該物件的競爭比較激烈, 此時需要撤銷 Thread B 獲得的偏向鎖,將 Thread B 持有的鎖升級為輕量級鎖(也可能重偏向), 該操作需要等待全域安全點 JVM safepoint ( 此時間點, 沒有執行緒在執行位元組碼) ,

重偏向

%%%%%%%%%%%%%%%%%

執行緒復用執行緒id

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注釋代碼開啟空執行緒后,執行緒id不同,不會被復用,而列印結果如下:(只是一種現象,沒去看底層原始碼)
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列印初始化資訊

-XX:+PrintFlagsInitial
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批量重偏向

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批量重偏向撤銷

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輕量鎖

輕量級鎖加鎖方式:
CAS(設定物件頭輕量級鎖標志)-> 執行代碼塊 -> CAS(重置物件頭輕量級鎖標志)
CAS相對于monitorenter和monitorexit的代價更小

存在意義

輕量級鎖不是為了替換重量級鎖的而是為了減少使用重量級鎖,當輕量級鎖失敗后,會升級為重量級鎖,輕量鎖的目標是減少互斥量的開銷,重量鎖會讓得不到鎖的執行緒阻塞,回涉及到內核用戶態的切換,很耗費時間,

使用場景

輕量鎖會先讓執行緒自旋一下等待鎖,往往使用于多個執行緒串行訪問同步塊,或者競爭沒那么大的時候,

輕量鎖的設計

一個執行緒能同時訪問一個加鎖的方法嗎?好像不行吧(偏向鎖的出現是因為:同一個執行緒多次串行訪問一個同步塊,每次采用重鎖又要每次都要嘗試CAS將Monitor里面的ower(指的是擁有Monitor鎖的執行緒)從null改為自己,是否成功,而且就算成功了,也需要通過底層os的實作,其實這里我是不太懂的,),所以根本不會出現輕量鎖重入的情況,同一個執行緒只是串行訪問一個同步塊,輕量鎖每次訪問完就解鎖,怎么會重入呢?一些博客簡直在胡扯,

加鎖

在這里插入圖片描述
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否則自旋獲取鎖一段事件后還是失敗,則膨脹為重量級鎖,
在這里插入圖片描述

解鎖

使用CAS將物件頭替換為當前執行緒的堆疊幀中存盤鎖記錄空間的MarkWord,若果成功,則表示沒有競爭發生,解鎖成功,若失敗,表示當前鎖存在競爭,鎖可能已經升級為重量鎖,則采用重量級解鎖(見Monitor),


鎖的優缺點及整體設計思想

在這里插入圖片描述
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🔗

大佬太強了%%%%%:Java精通并發-通過openjdk原始碼分析ObjectMonitor底層實作
好想去找男朋友啊啊啊
不要男朋友了
我看不懂看不懂看不懂!:關于偏向鎖,安全點,JIT的一些暗坑.

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/ruanti/187216.html

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