Java核心知識 多線程併發 Synchronized 同步鎖(九)


Synchronized 同步鎖

synchronized 它可以把任意一個非 NULL 的對象當作鎖。他屬於獨佔式的悲觀鎖,同時屬於可重 入鎖。

Synchronized 作用範圍

1. 作用於方法時,鎖住的是對象的實例(this);

2. 當作用於靜態方法時,鎖住的是 Class 實例,又因為 Class 的相關數據存儲在永久帶 PermGen (jdk1.8 則是 metaspace),永久帶是全局共享的,因此靜態方法鎖相當於類的一個全局鎖, 會鎖所有調用該方法的線程;

3. synchronized 作用於一個對象實例時,鎖住的是所有以該對象為鎖的代碼塊。它有多個隊列, 當多個線程一起訪問某個對象監視器的時候,對象監視器會將這些線程存儲在不同的容器中。

Synchronized 核心組件

1) Wait Set:哪些調用 wait 方法被阻塞的線程被放置在這裡;

2) Contention List:競爭隊列,所有請求鎖的線程首先被放在這個競爭隊列中;

3) Entry List:Contention List 中那些有資格成為候選資源的線程被移動到 Entry List 中; 4) OnDeck:任意時刻,最多隻有一個線程正在競爭鎖資源,該線程被成為 OnDeck;

5) Owner:當前已經獲取到所資源的線程被稱為 Owner;

6) !Owner:當前釋放鎖的線程。

Synchronized 實現


1. JVM 每次從隊列的尾部取出一個數據用於鎖競爭候選者( OnDeck),但是併發情況下, ContentionList 會被大量的併發線程進行 CAS 訪問,為了降低對尾部元素的競爭,JVM 會將 一部分線程移動到 EntryList 中作為候選競爭線程。

2. Owner 線程會在 unlock 時,將 ContentionList 中的部分線程遷移到 EntryList 中,並指定 EntryList 中的某個線程為 OnDeck 線程(一般是最先進去的那個線程)。

3. Owner 線 程 並 不 直 接 把 鎖 傳遞給 OnDeck 線 程 , 而 是 把 鎖 競 爭 的 權 利 交 給 OnDeck, OnDeck 需要重新競爭鎖。這樣雖然犧牲了一些公平性,但是能極大的提升系統的吞吐量,在 JVM 中,也把這種選擇行為稱之為“競爭切換”。

4. OnDeck 線程獲取到鎖資源後會變為 Owner 線程,而沒有得到鎖資源的仍然停留在 EntryList 中。如果 Owner 線程被 wait 方法阻塞,則轉移到 WaitSet 隊列中,直到某個時刻通過 notify 或者 notifyAll 喚醒,會重新進去 EntryList 中。

5. 處於 ContentionList、EntryList、WaitSet 中的線程都處於阻塞狀態,該阻塞是由操作系統 來完成的(Linux 內核下采用 pthread_mutex_lock 內核函數實現的)。

6. Synchronized 是非公平鎖。 Synchronized 在線程進入 ContentionList 時,等待的線程會先 嘗試自旋獲取鎖,如果獲取不到就進入 ContentionList,這明顯對於已經進入隊列的線程是 不公平的,還有一個不公平的事情就是自旋獲取鎖的線程還可能直接搶佔 OnDeck 線程的鎖 資源。

7. 每個對象都有個 monitor 對象,加鎖就是在競爭 monitor 對象,代碼塊加鎖是在前後分別加 上 monitorenter 和 monitorexit 指令來實現的,方法加鎖是通過一個標記位來判斷的

8. synchronized 是一個重量級操作,需要調用操作系統相關接口,性能是低效的,有可能給線 程加鎖消耗的時間比有用操作消耗的時間更多。

9. Java1.6,synchronized 進行了很多的優化,有適應自旋、鎖消除、鎖粗化、輕量級鎖及偏向 鎖等,效率有了本質上的提高。在之後推出的 Java1.7 與 1.8 中,均對該關鍵字的實現機理做 了優化。引入了偏向鎖和輕量級鎖。都是在對象頭中有標記位,不需要經過操作系統加鎖。

10. 鎖可以從偏向鎖升級到輕量級鎖,再升級到重量級鎖。這種升級過程叫做鎖膨脹;

11. JDK 1.6 中默認是開啟偏向鎖和輕量級鎖,可以通過-XX:-UseBiasedLocking 來禁用偏向鎖。