synchronized的实现原理与应用

时间:2022-09-15 20:18:43

Java代码在编译后会变成Java字节码,字节码被类加载器加载到JVM里,JVM执行字节码,最终需要转化为汇编指令在CPU上执行,Java中所使用的并发机制依赖于JVM的实现和CPU的指令。

synchronized的实现原理与应用

在多线程并发编程中synchronized一直是元老级角色,很多人都会称呼它为重量级锁。但是,随着Java SE 1.6对synchronized进行了各种优化之后,有些情况下它就并不那么重了。

先来看下利用synchronized实现同步的基础:Java中的每一个对象都可以作为锁。具体表现为以下3种形式:

  • 对于普通同步方法,锁是当前实例对象。
  • 对于静态同步方法,锁是当前类的Class对象。
  • 对于同步方法块,锁是synchronized括号里配置的对象。

当一个线程试图访问同步代码块时,它首先必须得到锁,退出或抛出异常时必须释放锁。那么所到底存在哪里呢?锁里面会存储什么信息呢?

从JVM规范中可以看到synchronized在JVM里的实现原理,JVM基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步,但两者的实现细节不一样。代码块同步是使用monitorenter和monitorexit指令实现的,而方法同步是使用另外一种方式实现的,细节在JVM规范里并没有详细说明。但是,方法的同步同样可以使用这两个指令来实现。

monitorenter指令是在编译后插入到同步代码块的开始位置,而monitorexit是插入到方法结束处和异常处,JVM要保证每个monitorenter必须有对应的monitorexit与之配对。任何对象都有一个monitor与之关联,当且一个monitor被持有后,它将处于锁定状态。线程执行到monitorenter指令时,将会尝试获取对象所对应的monitor的所有权,即尝试获得对象的锁。

Java对象头

synchronized用的锁是存在Java对象头里的。如果对象是数组类型,则虚拟机用3个字款(Word)存储对象头,如果对象是非数组类型,则用2字宽存储对象头。在32位虚拟机中,1字宽等于4字节,即32bit,如表所示:

长度 内容 说明
32/64bit Mark Word 存储对象的hashCode或锁信息等
32/64bit Class Metadata Address 存储到对象类型数据的指针
32/32bit Array length 数组的长度(如果当前对象是数组)

Java对象头里的Mark Word里默认存储对象的HashCode、分代年龄和锁标记位。32位JVM的Mark Word的默认存储结构如表所示

锁状态 25bit 4bit 1bit是否是偏向锁 2bit锁标志位
无锁状态 对象的hashCode 对象分代年龄 0 01

在运行期间,Mark Word里存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。Mark Word可能变化位存储以下4种数据,如表所示:
synchronized的实现原理与应用

在64位虚拟机下,Mark Word是64bit大小的,其存储结构如表所示:

synchronized的实现原理与应用

锁的升级与对比

Java SE 1.6为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗,引入了“偏向锁”和“轻量级锁”,在Java SE 1.6种,锁一共有4种状态,级别从低到高依次是:无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态,这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。锁可以升级但不能降级,意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁。这种锁升级却不能降级的策略,目的是为了提高获得锁和释放锁的效率。

1.偏向锁

HotSpot的作者经常研究发现,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,为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。当一个线程访问同步块并获取锁时,会在对象头和栈帧种的锁记录里存储锁偏向的线程ID,以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁,只需简单地测试下对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁。如果测试成功,表示线程已经获得了锁。如果测试失败,则需要再测试一下Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1(表示当前是偏向锁);如果没有设置,则使用CAS竞争锁;如果设置了,则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。

3.锁的优缺点对比
优点 缺点 适用场景
偏向锁 加锁和解锁不需要额外的消耗,和执行非同步方法相比仅存在纳秒级的差距 如果线程间存在锁竞争,会带来额外的锁撤销的消耗 适用于只有一个线程访问同步块场景
轻量级锁 竞争的线程不会阻塞,提高了程序的响应速度 如果始终得不到锁竞争的线程,使用自旋会消耗CPU 追求响应时间同步块执行速度非常快
重量级锁 线程竞争不使用自旋,不会消耗CPU 线程阻塞,响应时间缓慢 追求吞吐量同步块执行速度较长

synchronized的实现原理与应用的更多相关文章

  1. Java并发编程:Synchronized及其实现原理

    Java并发编程系列: Java 并发编程:核心理论 Java并发编程:Synchronized及其实现原理 Java并发编程:Synchronized底层优化(轻量级锁.偏向锁) Java 并发编程 ...

  2. Synchronized及其实现原理

    并发编程中synchronized一直是元老级角色,我们称之为重量级锁.主要用在三个地方: 1.修饰普通方法,锁是当前实例对象. 2.修饰类方法,锁是当前类的Class对象. 3.修饰代码块,锁是sy ...

  3. 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 ...

  4. HashMap,Hashtable,ConcurrentHashMap 和 synchronized Map 的原理和区别

    HashMap 是否是线程安全的,如何在线程安全的前提下使用 HashMap,其实也就是HashMap,Hashtable,ConcurrentHashMap 和 synchronized Map 的 ...

  5. jdk1.8源码Synchronized及其实现原理

    一.Synchronized的基本使用 关于Synchronized在JVM的原理(偏向锁,轻量级锁,重量级锁)可以参考 :  http://www.cnblogs.com/dennyzhangdd/ ...

  6. 【死磕Java并发】-----深入分析synchronized的实现原理

    记得刚刚開始学习Java的时候.一遇到多线程情况就是synchronized.相对于当时的我们来说synchronized是这么的奇妙而又强大,那个时候我们赋予它一个名字"同步". ...

  7. Java并发—–深入分析synchronized的实现原理

    记得刚刚开始学习Java的时候,一遇到多线程情况就是synchronized,相对于当时的我们来说synchronized是这么的神奇而又强大,那个时候我们赋予它一个名字“同步”,也成为了我们解决多线 ...

  8. Synchronized之二:synchronized的实现原理

    Java提供了synchronized关键字来支持内在锁.Synchronized关键字可以放在方法的前面.对象的前面.类的前面. 当线程调用同步方法时,它自动获得这个方法所在对象的内在锁,并且方法返 ...

  9. 【转】Java并发编程:Synchronized及其实现原理

    一.Synchronized的基本使用 Synchronized是Java中解决并发问题的一种最常用的方法,也是最简单的一种方法.Synchronized的作用主要有三个:(1)确保线程互斥的访问同步 ...

随机推荐

  1. 研究 研究而已 java和.net的HashSet对比

    各位看官,,我不是在引发战争,,我只是想知道事情的真想,我源之于,一段代码我需要实现C#和java的两个版本功能,才发现这一个对比.讨论问题的实质,为什么会出现这样的问题.java和C#都很优秀.请大 ...

  2. physical addressing virtual addressing 物理寻址 虚拟寻址

    Computer Systems A Programmer's Perspective Second Edition The main memory of a computer system is o ...

  3. 权威验证:MSDN会明确告诉你下载的光盘镜像是否正宗微软原版

    MSDN是微软官方网站.这个网站的职能之一,就是向MSDN订户(付费相当高昂)提供Microsoft Windows资源,即大家通常说的操作系统光盘镜像.相信大家手头都有不少这类下载,但究竟是否微软的 ...

  4. [UVALive 6663 Count the Regions] (dfs + 离散化)

    链接:https://icpcarchive.ecs.baylor.edu/index.php? option=com_onlinejudge&Itemid=8&page=show_p ...

  5. memset库函数

    头文件:#include <string.h>   定义函数:void * memset(void *s, int c, size_t n);   函数说明:memset()会将参数s 所 ...

  6. spark mllib prefixspan demo

    ./bin/spark-submit ~/src_test/prefix_span_test.py source code: import os import sys from pyspark.mll ...

  7. zabbix 自定义 windows 监控项

    zabbix获取windows服务器上数据C:\zabbix_agents\conf\zabbix_agentd.win.confUserParameter=conncount,d:\\tools\\ ...

  8. 记录使用 Cake 进行构建并制作 nuget 包

    书接上一回(https://www.cnblogs.com/h82258652/p/4898983.html)?[手动狗头] 前段时间折腾了一下,总算是把我自己的图片缓存控件(https://gith ...

  9. 织梦Dedecms容易被挂马文件以及可疑文件汇总

    1. 被植入木马,然后网站打开后自动弹出博彩,赌博,色情网站,一般这种病毒的特征代码如下 二.织梦CMS被挂马清理方法 1.删除增加的管理员service.spider等用户名. 2.删除根目录的as ...

  10. 【guava】字符串操作

    一,Strings类 public void testStrings(){ Strings.isNullOrEmpty("");//返回true Strings.nullToEmp ...