1.1.1. synchronized

JMM关于synchronized的两条规定（synchronized如何实现内存可见性）：

线程加锁时，将清空工作内存中共享变量的值，从而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值。
线程解锁时，必须把共享变量的最新值刷新到主内存中。

1.底层原理

Java 虚拟机中的同步(Synchronization)基于进入和退出管程(Monitor)对象实现，无论是显式同步(有明确的 monitorenter 和 monitorexit 指令,即同步代码块)还是隐式同步都是如此

1.1 Mutex Lock

监视器锁（Monitor）本质是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock（互斥锁）来实现的。每个对象都对应于一个可称为" 互斥锁" 的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。

互斥锁：用于保护临界区，确保同一时间只有一个线程访问数据。对共享资源的访问，先对互斥量进行加锁，如果互斥量已经上锁，调用线程会阻塞，直到互斥量被解锁。在完成了对共享资源的访问后，要对互斥量进行解锁。

mutex的工作方式：

申请mutex
如果成功，则持有该mutex
如果失败，则进行spin自旋. spin的过程就是在线等待mutex, 不断发起mutex gets, 直到获得mutex或者达到spin_count限制为止
依据工作模式的不同选择yiled还是sleep
若达到sleep限制或者被主动唤醒或者完成yield, 则重复1~4步，直到获得为止

由于Java的线程是映射到操作系统的原生线程之上的，如果要阻塞或唤醒一条线程，都需要操作系统来帮忙完成，这就需要从用户态转换到核心态中，因此状态转换需要耗费很多的处理器时间。所以synchronized是Java语言中的一个重量级操作。在JDK1.6中，虚拟机进行了一些优化，譬如在通知操作系统阻塞线程之前加入一段自旋等待过程，避免频繁地切入到核心态中：

synchronized与java.util.concurrent包中的ReentrantLock相比，由于JDK1.6中加入了针对锁的优化措施（见后面），使得synchronized与ReentrantLock的性能基本持平。ReentrantLock只是提供了synchronized更丰富的功能，而不一定有更优的性能，所以在synchronized能实现需求的情况下，优先考虑使用synchronized来进行同步。

1.2 理解Java对象头与Monitor

在JVM中，对象在内存中的布局分为三块区域：

对象头：Mark Word + Class MetaData Address(类型指针)
实例变量：存放类的属性、数据信息(包括父类的)，如果是数组则包括数组长度。
对齐填充：非必须存在，仅为了字节对齐。

1.2.1对象头

Mark Word：用于存储对象自身的运行时数据，如hashcode、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等；
Class MetaData Address(类型指针):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。

考虑到JVM的空间效率，Mark Word 被设计成为一个非固定的数据结构，以便存储更多有效的数据.

这里我们主要分析一下重量级锁也就是通常说synchronized的对象锁，锁标识位为10，其中指针指向的是monitor对象（也称为管程或监视器锁）的起始地址。

1.2.2Monitor

每个对象都存在着一个 monitor 与之关联，对象与其 monitor 之间的关系有存在多种实现方式，如monitor可以与对象一起创建销毁或当线程试图获取对象锁时自动生成，但当一个 monitor 被某个线程持有后，它便处于锁定状态。在Java虚拟机(HotSpot)中，monitor是由ObjectMonitor实现的，其主要数据结构如下（位于HotSpot虚拟机源码ObjectMonitor.hpp文件，C++实现的）

ObjectMonitor() {
    _header       = NULL;
    _count        = 0; //记录个数
    _waiters      = 0,
    _recursions   = 0;
    _object       = NULL;
    _owner        = NULL; //指向持有ObjectMonitor对象的线程。
    _WaitSet      = NULL; //处于wait状态的线程，会被加入到_WaitSet
    _WaitSetLock  = 0 ;
    _Responsible  = NULL ;
    _succ         = NULL ;
    _cxq          = NULL ;
    FreeNext      = NULL ;
    _EntryList    = NULL ; //处于等待锁block状态的线程，会被加入到该列表
    _SpinFreq     = 0 ;
    _SpinClock    = 0 ;
    OwnerIsThread = 0 ;
  }

ObjectMonitor中有两个队列，_WaitSet 和 _EntryList，用来保存ObjectWaiter对象列表( 每个等待锁的线程都会被封装成ObjectWaiter对象)，_owner指向持有ObjectMonitor对象的线程。

当多个线程同时访问一段同步代码时，首先会进入 _EntryList 集合，当线程获取到对象的monitor 后进入 _Owner区域并把monitor中的owner变量设置为当前线程，同时monitor中的计数器count加1。

若线程调用 wait()方法，将释放当前持有的monitor，owner变量恢复为null，count自减1，同时该线程进入WaitSet集合中等待被唤醒。若当前线程执行完毕也将释放monitor(锁)并复位变量的值，以便其他线程进入获取monitor(锁)。如下图所示

由此看来，monitor对象存在于每个Java对象的对象头中(存储的指针的指向)，synchronized锁便是通过这种方式获取锁的，也是为什么Java中任意对象可以作为锁的原因，同时也是notify/notifyAll/wait等方法存在于顶级对象Object中的原因。

1.3 synchronized代码块底层原理显示同步

反编译synchronized代码块，可以从字节码中看到，同步语句块的实现使用的是monitorenter 和 monitorexit 指令。

monitorenter指令指向同步代码块的开始位置
monitorexit指令则指明同步代码块的结束位置

public void syncTask();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=3, locals=3, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: astore_1
         3: monitorenter  //注意此处，进入同步方法
         4: aload_0
         5: dup
         6: getfield      #2             // Field i:I
         9: iconst_1
        10: iadd
        11: putfield      #2            // Field i:I
        14: aload_1
        15: monitorexit   //注意此处，退出同步方法
        16: goto          24
        19: astore_2
        20: aload_1
        21: monitorexit //注意此处，退出同步方法
        22: aload_2
        23: athrow
        24: return
      Exception table:
      //省略其他字节码.......
}

1.4 synchronized方法底层原理隐式同步

从字节码中可以看出，synchronized修饰的方法并没有monitorenter指令和monitorexit指令，取得代之的确实是ACC_SYNCHRONIZED标识，该标识指明了该方法是一个同步方法，JVM通过该ACC_SYNCHRONIZED访问标志来辨别一个方法是否声明为同步方法，从而执行相应的同步调用。

//==================syncTask方法======================
  public synchronized void syncTask();
    descriptor: ()V
    //方法标识ACC_PUBLIC代表public修饰，ACC_SYNCHRONIZED指明该方法为同步方法
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
    Code:
      stack=3, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: getfield      #2                  // Field i:I
         5: iconst_1
         6: iadd
         7: putfield      #2                  // Field i:I
        10: return
      LineNumberTable:
        line 12: 0
        line 13: 10

2.synchronized与static synchronized 的区别

2.1 关于加锁和解锁的对象：

synchronized代码块：同步代码块，作用范围是整个代码块，作用对象是调用这个代码块的对象。
synchronized方法：同步方法，作用范围是整个方法，作用对象是调用这个方法的对象。
synchronized静态方法：同步静态方法，作用范围是整个静态方法，作用对象是调用这个类的所有对象。
synchronized(this)：作用范围是该对象中所有被synchronized标记的变量、方法或代码块，作用对象是对象本身。
synchronized(ClassName.class) ：作用范围是静态的方法或者静态变量，作用对象是Class对象。

2.2对象锁和类锁

synchronized(this)添加的是对象锁，synchronized(ClassName.class)添加的是类锁，它们的区别如下：

对象锁：对象锁是用来控制实例方法之间的同步，Java的所有对象都含有1个互斥锁，这个锁由JVM自动获取和释放。线程进入synchronized方法的时候获取该对象的锁，当然如果已经有线程获取了这个对象的锁那么当前线程会等待；synchronized方法正常返回或者抛异常而终止，JVM会自动释放对象锁。
类锁：类锁是来控制静态方法（或静态变量互斥体）之间的同步。类锁是一个概念上的东西，用来帮助我们理解锁定实例方法和静态方法的区别的。我们都知道，java类可能会有很多个对象，但是只有1个Class对象，也就说类的不同实例之间共享该类的Class对象。Class对象其实也仅仅是1个java对象，只不过有点特殊而已。由于每个java对象都有个互斥锁，而类的静态方法是需要Class对象。所以所谓类锁，不过是Class对象的锁而已。获取类的Class对象有好几种，最简单的就是MyClass.class的方式。类锁和对象锁不是同一个东西，一个是类的Class对象的锁，一个是类的实例的锁。也就是说：一个线程访问静态sychronized的时候，允许另一个线程访问对象的实例synchronized方法。反过来也是成立的，为他们需要的锁是不同的。
synchronized：锁的是当前实例对象，进入同步代码前要获得的是当前实例的锁；两个不同实例则不受影响。
static synchronized：锁的是当前类的class对象（所有实例），进入同步代码前要获得当前类对象的锁；限制线程同时访问jvm中该类的所有实例同时访问对应的代码快

一个日本作者-结成浩的《java多线程设计模式》有这样的一个列子：
      pulbic class Something(){
         public synchronized void isSyncA(){}
         public synchronized void isSyncB(){}
         public static synchronized void cSyncA(){}
         public static synchronized void cSyncB(){}
     }

   那么，加入有Something类的两个实例a与b，那么下列组方法何以被1个以上线程同时访问呢
   a.   x.isSyncA()与x.isSyncB() 
   b.   x.isSyncA()与y.isSyncA()
   c.   x.cSyncA()与y.cSyncB()
   d.   x.isSyncA()与Something.cSyncA()
    这里，很清楚的可以判断：
   a，都是对同一个实例的synchronized域访问，因此不能被同时访问
   b，是针对不同实例的，因此可以同时被访问
   c，因为是static synchronized，所以不同实例之间仍然会被限制,相当于Something.isSyncA()与   Something.isSyncB()了，因此不能被同时访问。
   那么，第d呢?，书上的 答案是可以被同时访问的，答案理由是synchronzied的是实例方法与synchronzied的类方法由于锁定（lock）不同的原因。

结论：

A: synchronized static是某个类的范围，synchronized static cSync{}防止多个线程同时访问这个类中的synchronized static 方法。它可以对类的所有对象实例起作用。
B: synchronized 是某实例的范围，synchronized isSync(){}防止多个线程同时访问这个实例中的synchronized 方法

3.关于“关键字synchronized不能被继承”

子类继承父类时，如果没有重写父类中的同步方法，子类同一对象，在不同线程并发调用该方法时，具有同步效果。
子类继承父类，并且重写父类中的同步方法，但没有添加关键字synchronized，子类同一对象，在不同线程并发调用该方法时，不再具有同步效果，这种情形即是"关键字synchronized不能被继承"的转述。

关于“关键字synchronized不能被继承”

4.Java虚拟机对synchronized的优化

在 Java 6 之前，Monitor 的实现完全是依靠操作系统内部的互斥锁，因为需要进行用户态到内核态的切换，所以同步操作是一个无差别的重量级操作。

现代的（Oracle）JDK 中，JVM 对此进行了大刀阔斧地改进，提供了三种不同的 Monitor 实现，也就是常说的三种不同的锁：偏斜锁（Biased Locking）、轻量级锁和重量级锁，大大改进了其性能。

锁的升级降级

所谓锁的升级、降级，就是 JVM 优化 synchronized 运行的机制，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，这种切换就是锁的升级、降级。

当没有竞争出现时，默认会使用偏斜锁。JVM 会利用 CAS 操作，在对象头上的 Mark Word 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。这样做的假设是基于在很多应用场景中，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。

如果有另外的线程试图锁定某个已经被偏斜过的对象，JVM 就需要撤销（revoke）偏斜锁，并切换到轻量级锁实现。轻量级锁依赖 CAS 操作 Mark Word 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（可能会先进行自旋锁升级，如果失败再尝试重量级锁升级）。

我注意到有的观点认为 Java 不会进行锁降级。实际上据我所知，锁降级确实是会发生的，当 JVM 进入安全点（SafePoint）的时候，会检查是否有闲置的 Monitor，然后试图进行降级。

Synchronized优化后的锁机制简单介绍一下，包括自旋锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁？

自旋锁：

线程自旋说白了就是让cpu在做无用功，比如：可以执行几次for循环，可以执行几条空的汇编指令，目的是占着CPU不放，等待获取锁的机会。如果旋的时间过长会影响整体性能，时间过短又达不到延迟阻塞的目的。

偏向锁

偏向锁就是一旦线程第一次获得了监视对象，之后让监视对象“偏向”这个线程，之后的多次调用则可以避免CAS操作，说白了就是置个变量，如果发现为true则无需再走各种加锁/解锁流程。

轻量级锁：

轻量级锁是由偏向所升级来的，偏向锁运行在一个线程进入同步块的情况下，当第二个线程加入锁竞争用的时候，偏向锁就会升级为轻量级锁；

重量级锁

重量锁在JVM中又叫对象监视器（Monitor），它很像C中的Mutex，除了具备Mutex(0|1)互斥的功能，它还负责实现了Semaphore(信号量)的功能，也就是说它至少包含一个竞争锁的队列，和一个信号阻塞队列（wait队列），前者负责做互斥，后一个用于做线程同步。

深入理解Java并发之synchronized实现原理

2-03.Synchronized

1.1.1. synchronized

JMM关于synchronized的两条规定（synchronized如何实现内存可见性）：

1.底层原理

1.1 Mutex Lock

1.2 理解Java对象头与Monitor

1.2.1对象头

1.2.2Monitor

1.3 synchronized代码块底层原理显示同步

1.4 synchronized方法底层原理隐式同步

2.synchronized与static synchronized 的区别

2.1 关于加锁和解锁的对象：

2.2对象锁和类锁

3.关于“关键字synchronized不能被继承”

4.Java虚拟机对synchronized的优化

锁的升级降级

Synchronized优化后的锁机制简单介绍一下，包括自旋锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁？

results matching ""

No results matching ""

1.1.1. synchronized

JMM关于synchronized的两条规定（synchronized如何实现内存可见性）：

1.底层原理

1.1 Mutex Lock

1.2 理解Java对象头与Monitor

1.2.1对象头

1.2.2Monitor

1.3 synchronized代码块底层原理 显示同步

1.4 synchronized方法底层原理 隐式同步

2.synchronized与static synchronized 的区别

2.1 关于加锁和解锁的对象：

2.2对象锁和类锁

3.关于“关键字synchronized不能被继承”

4.Java虚拟机对synchronized的优化

锁的升级 降级

Synchronized优化后的锁机制简单介绍一下，包括自旋锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁？

results matching ""

No results matching ""

1.3 synchronized代码块底层原理显示同步

1.4 synchronized方法底层原理隐式同步

锁的升级降级