Synchronzied(内置锁)
原文地址:深入JVM锁机制1-synchronized
1. 线程的状态与转换
当多个线程同时请求某个对象监视器时,对象监视器会设置几种状态用来区分请求的线程:
- Contention List:所有请求锁的线程将被首先放置到该竞争队列
- Entry List:Contention List 中那些有资格成为候选人(怎么才算有资格成为候选人)的线程被移到 Entry List
- Wait Set:那些调用wait方法被阻塞的线程被放置到Wait Set
- OnDeck:任何时刻最多只能有一个线程正在竞争锁(不是大家一起抢吗?),该线程称为 OnDeck
- Owner:获得锁的线程称为 Owner
- !Owner:释放锁的线程
新请求锁的线程将首先被加入到ConetentionList中,当某个拥有锁的线程(Owner状态)调用unlock之后,如果发现EntryList为空则从ContentionList中移动线程到EntryList
1.1 ContentionList虚拟队列
- ContentionList并不是一个真正的Queue,而只是一个虚拟队列,原因在于ContentionList是由Node及其next指针逻辑构成,并不存在一个Queue的数据结构。
- ContentionList是一个后进先出(LIFO)的队列,每次新加入Node时都会在队头进行,通过CAS改变第一个节点的的指针为新增节点,同时设置新增节点的next指向后续节点,而取得操作则发生在队尾。显然,该结构其实是个Lock-Free的队列。
- 因为只有Owner线程才能从队尾取元素,也即线程出列操作无争用,当然也就避免了CAS的ABA问题。
1.2 EntryList
- EntryLis 与 ContentionList逻辑上同属等待队列,ContentionList 会被线程并发访问,为了降低对 ContentionList 队尾的争用,而建立EntryList。
- Owner线程在unlock时会从ContentionList中迁移线程到EntryList,并会指定EntryList中的某个线程(一般为Head)为Ready(OnDeck)线程。
- Owner线程并不是把锁传递给OnDeck线程,只是把竞争锁的权利交给OnDeck,OnDeck线程需要重新竞争锁。这样做虽然牺牲了一定的公平性,但极大的提高了整体吞吐量,在Hotspot中把OnDeck的选择行为称之为“竞争切换”。
- OnDeck线程获得锁后即变为owner线程,无法获得锁则会依然留在EntryList中,考虑到公平性,在EntryList中的位置不发生变化(依然在队头)。
- 如果Owner线程被wait方法阻塞,则转移到WaitSet队列;如果在某个时刻被notify/notifyAll唤醒,则再次转移到EntryList。
2. 自旋锁
- 如果平均负载小于CPUs则一直自旋
- 如果有超过(CPUs/2)个线程正在自旋,则后来线程直接阻塞
- 如果正在自旋的线程发现Owner发生了变化则延迟自旋时间(自旋计数)或进入阻塞
- 如果CPU处于节电模式则停止自旋
- 自旋时间的最坏情况是CPU的存储延迟(CPU A存储了一个数据,到CPU B得知这个数据直接的时间差)
- 自旋时会适当放弃线程优先级之间的差异
3. 偏向锁
3.1 CAS及SMP架构
3.2 偏向解除
4. 总结
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