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Monitor概念
Java对象头
普通对象
数组对象
Monitor(锁)
Monitor结构如下#xff1a;
注意#xff1a;
原理之synchornized 轻量… 个人主页五敷有你 系列专栏并发编程 ⛺️稳重求进晒太阳 目录
Monitor概念
Java对象头
普通对象
数组对象
Monitor(锁)
Monitor结构如下
注意
原理之synchornized 轻量级锁
锁膨胀重量级锁
自旋优化
偏向锁
示例 轻量级锁与偏向锁加锁的对比
偏向状态
一个对象创建时
撤销-调用对象hashCode
撤销-其他线程使用对象
批量重定向
批量撤销
锁消除 Monitor概念
Java对象头
以32位机的机器为例
普通对象 数组对象 其中Mark Word结构为 Monitor(锁)
Monitor被翻译为监视器或管程
每个Java对象都可以关联一个Monitor对象如果使用synchronized给对象上锁(重量级)之后该对象头的Mark Word中就被设置指向Monitor对象的指针。
Monitor结构如下 刚开始Monitor中Owner为null当Thread-2执行synchronized(obj) 就会将Monitor 的所有者Owner设置为Thread-2,Monitor中只能有一个Owner.在Thread-2上锁的过程中如果Thread-3,Thread-4也来执行synchronized(obj) 就会进入EntryList BLOCKED阻塞队列Thread-2执行完同步代码块的内容然后唤醒EntryList 中等待的线程来竞争锁竞争的锁是非公平的。图中WaitSet中的Thread-0,Thread-1 是之前获得过锁但条件不满足进入WAITING 状态的线程。后面会将wait-notify
注意
synchronized 必须是进入同一个对象的monitor才有上述的效果不加synchronized 的对象不会关联监视器不遵从以上规则
原理之synchornized 轻量级锁 轻量级锁的使用场景如果一个对象虽然有多线程访问但多线程访问的时间是错开的(也就是没有竞争)。那么就可以使用轻量级锁优化 轻量级锁对使用者是透明的即语法仍然是synchronized 假设有两个同步块利用同一个对象加锁。
static final Object objnew Object();
public static void method1(){synchornized(obj){//同步块 Amethod2();}
}
public static void method2(){synchronized(obj){//同步块b }
}
创建锁对象每个线程的栈帧会包含一个锁记录的结构内部可以存储锁定对象的Mark Word 让锁记录中的Object reference指向锁对象并尝试使用CAS替换Object的Mark Word将Mark Word的值存入锁记录 如果CAS替换成功对象头中存储了锁记录地址和状态表示由该线程给对象加锁这时图示如下 如果cas失败 如果是其他线程已经持有了该Object的轻量级锁这时候表面有竞争进入锁膨胀过程。如果是自己执行了synchronized 锁重入那么再添加一条Lock Record 作为重入的计数 当退出synchronized 代码块(解锁时) 如果有取值为null 的记录表示有重入这时重置锁记录表示重入计数-1 当退出synchronized 代码块(解锁时)锁记录的值不为null ,这时使用cas将Mark Word的值恢复给对象头
成功解锁成功
失败: 说明轻量级锁进行了锁膨胀或已经升级为重量级锁。进入重量级锁解锁流程
锁膨胀重量级锁
如果在尝试加轻量级锁的过程中CAS操作无法成功这时一种情况就是有其他线程为此对象加上了轻量级锁有竞争,这时需要进行锁膨胀将轻量级锁变为重量级锁。
当Thread -1进行轻量级加锁时Thread-0已经对该对象加了轻量级锁 这时候Thread-1加锁失败进入锁膨胀流程。
即为Object对象申请Monitor锁让Object指向重量级锁地址然后自己进入Monitor的EntryList BLOCKED 当Thread-0 退出同步代码块时使用CAS将MarkWord 的值恢复给对象头失败这时候会进入重量级解锁流程按照Monitor地址找到Monitor对象设置Owner为null, 唤醒EntryList 中的BLOCKED
自旋优化
自选在多核CPU下才有意义
重量级锁竞争的时候还可以使用自旋来进行优化如果当前线程自选成功(即这时候锁线程已经退出了同步块释放了锁)
这时当前线程就可以避免阻塞。
偏向锁 轻量级锁在没有竞争时(就自己这个线程),每次重入都需要进行CAS操作。 Java6 引入了偏向锁来进一步优化只有第一次使用CAS将线程ID设置到对象的Mark Word头之后发现这个线程ID是自己的就表示没有竞争不需要重新CAS,以后只要不发生竞争这个对象就归线程所有。
示例
static final Object objnew Object();
public static void m1(){synchronized(obj){//同步代码块Am2(); }
}
public static void m2(){synchronized(obj){//同步代码块Bm3(); }
}
public static void m3(){synchronized(obj){//同步块C }
} 轻量级锁与偏向锁加锁的对比 偏向状态
回忆一下对象头格式 一个对象创建时 如果开启了偏向锁那么对象创建后markword值为0x05即最后三位为101(表示可以偏向的状态)这时它的thread epoch age都为0 偏向锁是默认是延迟的不会在程序启动后立刻生效。如果想要避免延迟可以加VM参数xx:BiasedLockingstartupDalay0来禁止延迟 如果没有开启偏向锁那么对象创建后markword值为0x01即后三位为001这时它的hashcode 、age都为0第一次用到hashcode时才会赋值。
调用了hashcode会让偏向状态禁用让他变为不可偏向的对象
撤销-调用对象hashCode
调用了对象的hashCode但偏向锁的对象MarkWord中存储的是线程id,如果调用hashCode会导致偏向锁被撤销
轻量级锁会在锁记录中记录hashCode重量级锁会在Monitor中纪录hashCode
在调用hashCode后使用偏向锁记得去掉-xx:UseBiassedLocking
输出 撤销-其他线程使用对象 当有其他线程使用偏向锁时会偏向锁升级为轻量级锁
批量重定向 如果对象虽然被多个线程访问但没有竞争这时候偏向了线程T1的对象仍有机会重新偏向T2,重偏向会重置对象的ThreadID, 当撤销偏向锁阈值超过20次后jvm会认为我是不是偏向错了于是会在这些对象加锁时重新偏向加锁线程。
详解 我们知道当我们使用synchronized关键字的时候一个对象a只被一个对象访问的时候对对象加的锁偏向锁如果之后出现第二个线程访问a的时候这里只考虑线程交替执行的情况不存在竞争不管线程1是已死亡还是运行状态此时锁都会升级为轻量锁并且锁升级过程不可逆。 但是如果有很多对象这些对象同属于一个类假设是类A被线程1访问并加偏向锁之后线上2来访问这些对象不考虑竞争情况在通过CAS操作把这些锁升级为轻量锁会是一个很耗时的操作。 JVM对此作了优化 当对象数量超过某个阈值时默认20 jvm启动时加参数-XX:PrintFlagsFinal可以打印这个阈值 Java会对超过的对象作批量重偏向线程2此时前20个对象是轻量锁后面的对象都是偏向锁且偏向线程2。 批量撤销
当撤销偏向锁阈值超过40次后jvm会这样觉得我们确实偏向错了根本就不该偏向于是整个类的所有对象都会变为不可偏向的新建的对象也是不可偏向的
锁消除
