基于进入和退出管程(Monitor)对象实现,无论显式(Monitorenter Monitorexit)还是隐式都是如此。同步方法并不是由monitorenter和monitorexit指令来实现同步的,而是由方法调用指令读取运行时常量池中的ACC_SYNCHRONIZED标志来隐式实现的。
    在JVM中,对象在内存中的布局分为三块区域:对象头、实例数据和对齐填充。
实例变量:存放类的属性数据信息,包括父类的属性信息,如果是数组的实例部分还包括数组的长度,这部分内存按4字节对齐。
填充数据:由于虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。填充数据不是必须存在的,仅仅是为了字节对齐,这点了解即可
 
而对于顶部,则是Java头对象,它实现synchronized的锁对象的基础,这点我们重点分析它,一般而言,synchronized使用的锁对象是存储在Java对象头里的,jvm中采用2个字来存储对象头(如果对象是数组则会分配3个字,多出来的1个字记录的是数组长度),其主要结构是由Mark Word 和 Class Metadata Address 组成
虚拟机位数
头对象结构
说明
32/64bit
Mark Word
存储对象的hashCode、锁信息或分代年龄或GC标志等信息
32/64bit
Class Metadata Address
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。
Mark Word组成:
锁状态
25bit
4bit
1bit是否是偏向锁
2bit 锁标志位
无锁状态
对象HashCode
对象分代年龄
0
01
由于对象头的信息是与对象自身定义的数据没有关系的额外存储成本,因此考虑到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,它会根据对象本身的状态复用自己的存储空间
如32位JVM下,除了上述列出的Mark Word默认存储结构外,还有如下可能变化的结构
锁状态
25bit
4bit
1bit
2bit
23bit
2bit
是否是偏向锁
锁标志位
轻量级锁
指向栈中锁记录的指针
00
重量级锁
指向互斥量(重量级锁)的指针
10
GC标记
11
偏向锁
线程ID
Epoch
对象分代年龄
1
01
其中轻量级锁和偏向锁是Java 6 对 synchronized 锁进行优化后新增加的,稍后我们会简要分析。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。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
锁的状态总共有四种,无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。随着锁的竞争,锁可以从偏向锁升级到轻量级锁,再升级的重量级锁,但是锁的升级是单向的,也就是说只能从低到高升级,不会出现锁的降级
 

偏向锁

偏向锁是Java 6之后加入的新锁,它是一种针对加锁操作的优化手段,经过研究发现,在大多数情况下,锁不仅不存在多线程竞争,而且总是由同一线程多次获得,因此为了减少同一线程获取锁(会涉及到一些CAS操作,耗时)的代价而引入偏向锁。偏向锁的核心思想是,如果一个线程获得了锁,那么锁就进入偏向模式,此时Mark Word 的结构也变为偏向锁结构,当这个线程再次请求锁时,无需再做任何同步操作,即获取锁的过程,这样就省去了大量有关锁申请的操作,从而也就提供程序的性能。所以,对于没有锁竞争的场合,偏向锁有很好的优化效果,毕竟极有可能连续多次是同一个线程申请相同的锁。但是对于锁竞争比较激烈的场合,偏向锁就失效了,因为这样场合极有可能每次申请锁的线程都是不相同的,因此这种场合下不应该使用偏向锁,否则会得不偿失,需要注意的是,偏向锁失败后,并不会立即膨胀为重量级锁,而是先升级为轻量级锁。下面我们接着了解轻量级锁。
 
 

轻量级锁

倘若偏向锁失败,虚拟机并不会立即升级为重量级锁,它还会尝试使用一种称为轻量级锁的优化手段(1.6之后加入的),此时Mark Word 的结构也变为轻量级锁的结构。轻量级锁能够提升程序性能的依据是“对绝大部分的锁,在整个同步周期内都不存在竞争”,注意这是经验数据。需要了解的是,轻量级锁所适应的场景是线程交替执行同步块的场合,如果存在同一时间访问同一锁的场合,就会导致轻量级锁膨胀为重量级锁。
 
 

自旋锁

轻量级锁失败后,虚拟机为了避免线程真实地在操作系统层面挂起,还会进行一项称为自旋锁的优化手段。这是基于在大多数情况下,线程持有锁的时间都不会太长,如果直接挂起操作系统层面的线程可能会得不偿失,毕竟操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到核心态,这个状态之间的转换需要相对比较长的时间,时间成本相对较高,因此自旋锁会假设在不久将来,当前的线程可以获得锁,因此虚拟机会让当前想要获取锁的线程做几个空循环(这也是称为自旋的原因),一般不会太久,可能是50个循环或100循环,在经过若干次循环后,如果得到锁,就顺利进入临界区。如果还不能获得锁,那就会将线程在操作系统层面挂起,这就是自旋锁的优化方式,这种方式确实也是可以提升效率的。最后没办法也就只能升级为重量级锁了。

锁消除

消除锁是虚拟机另外一种锁的优化,这种优化更彻底,Java虚拟机在JIT编译时(可以简单理解为当某段代码即将第一次被执行时进行编译,又称即时编译),通过对运行上下文的扫描,去除不可能存在共享资源竞争的锁,通过这种方式消除没有必要的锁,可以节省毫无意义的请求锁时间,如下StringBuffer的append是一个同步方法,但是在add方法中的StringBuffer属于一个局部变量,并且不会被其他线程所使用,因此StringBuffer不可能存在共享资源竞争的情景,JVM会自动将其锁消除。

synchronized的可重入性

从互斥锁的设计上来说,当一个线程试图操作一个由其他线程持有的对象锁的临界资源时,将会处于阻塞状态,但当一个线程再次请求自己持有对象锁的临界资源时,这种情况属于重入锁,请求将会成功,在java中synchronized是基于原子性的内部锁机制,是可重入的,因此在一个线程调用synchronized方法的同时在其方法体内部调用该对象另一个synchronized方法,也就是说一个线程得到一个对象锁后再次请求该对象锁,是允许的,这就是synchronized的可重入性。
 
 
 
 
 
 
 
 
 

synchronized底层实现原理的更多相关文章

  1. 说一下 synchronized 底层实现原理?(未完成)

    说一下 synchronized 底层实现原理?(未完成)

  2. synchronized底层实现原理&CAS操作&偏向锁、轻量级锁,重量级锁、自旋锁、自适应自旋锁、锁消除、锁粗化

    进入时:monitorenter 每个对象有一个监视器锁(monitor).当monitor被占用时就会处于锁定状态,线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权,过程如下:1 ...

  3. synchronized底层实现原理及锁优化

    一.概述 1.synchronized作用 原子性:synchronized保证语句块内操作是原子的 可见性:synchronized保证可见性(通过"在执行unlock之前,必须先把此变量 ...

  4. synchronized锁住的是代码还是对象,以及synchronized底层实现原理

    synchronized (this)原理:涉及两条指令:monitorenter,monitorexit:再说同步方法,从同步方法反编译的结果来看,方法的同步并没有通过指令monitorenter和 ...

  5. synchronized 底层实现原理

    线程在获取锁的时候,其指针指向的是一个monitor对象(由C++实现)的起始地址.每个对象实例都会有一个 monitor.其中monitor可以与对象一起创建.销毁:亦或者当线程试图获取对象锁时自动 ...

  6. synchronized底层原理

    synchronized底层语义原理 Java 虚拟机中的同步(Synchronization)基于进入和退出管程(Monitor)对象实现. 在 Java 语言中,同步用的最多的地方可能是被 syn ...

  7. synchronized使用及原理解析

    修饰静态方法.实例方法.代码块 Synchronized修饰静态方法,对类对象进行加锁,是类锁. Synchronized修饰实例方法,对方法所属对象进行加锁,是对象锁. Synchronized修饰 ...

  8. Java多线程和并发(八),synchronized底层原理

    目录 1.对象头(Mark Word) 2.对象自带的锁(Monitor) 3.自旋锁和自适应自旋锁 4.偏向锁 5.轻量级锁 6.偏向锁,轻量级锁,重量级锁联系 八.synchronized底层原理 ...

  9. synchronized的底层实现原理

    转自:http://www.cnblogs.com/paddix/p/5367116.html 如果对上面的执行结果还有疑问,也先不用急,我们先来了解Synchronized的原理,再回头上面的问题就 ...

随机推荐

  1. scrapy中的Pipeline

    当Item在Spider中被收集之后,它将会被传递到Item Pipeline,这些Item Pipeline组件按定义的顺序处理Item. 每个Item Pipeline都是实现了简单方法的Pyth ...

  2. 解决StrToDateTime()不是有效日期类型的问题

    方法一: function GetDateFormat():string; var SysFrset: TFormatSettings; begin Result:=''; GetLocaleForm ...

  3. python工程设置工具(pipenv)

    原始安装 pip工具 --- 包安装工具, 可以从Python包索引hub上安装,也可以使用自定义的hub. 命令: pip install xxx 缺点: 1.命令方式, 一次只能安装一个包, 对于 ...

  4. Tensorflow不能使用GPU的解决办法

    转载:https://blog.csdn.net/kudou1994/article/details/86735451 服务器在训练模型,另一边我在瞎胡乱搞不晓得咋个搞的,就不能使用GPU了.pyth ...

  5. C++内存管理2-内存泄漏

    1 C++中动态内存分配引发问题的解决方案 假设我们要开发一个String类,它可以方便地处理字符串数据.我们可以在类中声明一个数组,考虑到有时候字符串极长,我们可以把数组大小设为200,但一般的情况 ...

  6. springBoot项目不重新上传jar包,增量升级步骤

    1.把源jar包cp到一个空文件夹里,然后把该jar包解压 jar -xf www.itxm.cn-0.0.1-SNAPSHOT.jar 2.进入BOOT-INF文件夹,找到class文件夹,把要升级 ...

  7. Hadoop源码解读系列目录

    Hadoop源码解读系列 1.hadoop源码|common模块-configuration详解2.hadoop源码|core模块-序列化与压缩详解3.hadoop源码|core模块-远程调用与NIO ...

  8. React 简介

  9. [Py] 简单的 Python 运行环境

    python:https://www.python.org/downloads/ pip:https://pip.pypa.io/en/stable/installing/#upgrading-pip ...

  10. Component 'TABCTL32.OCX'错误

    1.Component 'TABCTL32.OCX'错误的处理方法 错误:Component 'TABCTL32.OCX' or one of its dependencies not correct ...