synchronized 详解(1.0)

synchronized 详解

该片的最全版在第二个版本

Synchronized的性能变化

• java5以前，只有Synchronized，这个是操作系统级别的重量级操作，重量级锁，假如锁的竞争比较激烈的话，性能下降。

• 在Java早期版本中，synchronized 属于重量级锁，效率低下，因为监视器锁(monitor)是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock 来实现的，挂起线程和恢复线程都需要转入内核态去完成，阻塞或唤醒一个 Java 线程需要操作系统切换 CPU 状态来完成，这种状态切换需要耗费处理器时间，如果同步代码块中内容过于简单，这种切换的时间可能比用户代码执行的时间还长”，时间成本相对较高，这也是为什么早期的 synchronized 效率低的原因

• .Java 6之后,为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗，引入了轻量级锁和偏向锁，需要有个逐步升级的过程，别一开始就直接使用重量级锁

Synchronized 原理

为什么每一个对象都可以成为锁？

• Java对象是天生的 Monitor ,每一个Java对象都有成为 Monitor 的潜质,因为在 Java 的设计中 ,每一个 Java 对象自打娘胎里出来就带了一把看不见的锁,它叫做内部锁或者 Monitor 锁。
• Monitor 的本质是依赖于底层操作系统的Mutex Lock实现，操作系统实现线程之间的切换需要从用户态到内核态的转换，成本非常高

每个 Monitor 对象 都包括 ContentionList 、EntryList 、 WaitList 、OnDeck 、 Owner、!Owner 这6个属性，每个属性的数据都代表不同的状态。

• ContentionList ：锁竞争队列，所有请求锁的线程都被放在锁竞争队列中。
• EntryList：竞争候选队列，在 ContentionList 中有资格成为候选者来竞争锁资源的线程都被移动到了 EntryList 中。
• WaitSet：等待集合，调用 wait 方法后被阻塞的线程放在 WaitSet 中
• OnDeck：竞争候选者，在同一时刻最多只有一个线程在竞争锁资源，该线程的 Id 就被记录在 Ondeck 中
• Owner：竞争到锁资源的线程 Id 被记录在 Owner 中。
• !Owner：在 Owner 中记录的线程释放锁后，会被移动到 !Owner 中。

Synchronized 在收到新的锁请求时，先自旋，如果通过自旋也没获取到锁资源，则将被放入 ContentionList 中。当 Owner 线程释放锁时，将 ContentionList 中的部分线程移动到 EntryList 中，并指定 EntryList 中某个线程为 OnDeck 线程（一般为最先进入EntryList 的线程），Owner 线程并没有把 锁传递给 OnDeck ，而是把锁竞争的权力交给 OnDeck 线程，让 OnDeck 线程重新参与竞争锁，这是锁膨胀以及获取锁的一个简略过程，实际还有锁重入的判断。

无锁 0 0 1

引入 jar 包

<!--
   JAVA object layout
   官网:http://openjdk.java.net/projects/code-tools/jol/
   定位:分析对象在JVM的大小和分布
   -->
<dependency>
   <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
   <artifactId>jol-core</artifactId>
   <version>0.9</version>
</dependency>

代码展示

public class MyObject{
    public static void main(String[] args){
        Object o = new Object();
        System.out.println("10进制hash码:"+o.hashCode());
        System.out.println("16进制hash码:"+Integer.toHexString(o.hashCode()));
        System.out.println("2进制hash码:"+Integer.toBinaryString(o.hashCode()));
        System.out.println( ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
    }
}

每次读取 4 个字节 前 8 个字节为 对象头中的 markword，后 4 个字节为 类型指针，最后是填充，类型指针原本是8字节，由于 JVM 优化对象头所占用的空间对其进行了压缩，这个可以配置。

可以发现对象头最后一个字节 的末尾 是 001 ，说明这是 当前对象是 无锁状态 。

偏向锁 1 0 1

轻量锁 X 0 0

重量锁 X 1 0