多线程访问相同的共享可变的变量时，通常需要使用加锁的方式实现同步，避免竞态条件发生。同步的其中一个特征就是互斥，通过使访问顺序串行化，使得并发结果合法和可预期。synchronized是java的关键字，其通过java的内置锁机制实现多线程同步。
一、synchronized的三种锁形态
synchronized在jdk1.5前只有重量级锁，开销较大。为了应对低竞争的场景在jdk1.5增加了偏向锁和轻量级锁。对象的锁状态通过对象头里的markword标识。
mark word
1. 偏向锁
image.png
1）场景：在一个时刻只有一个线程请求锁，没有竞争；
2）关键参数：
-XX:+UseBiasedLocking # 是否开启偏向锁，jdk1.6以后默认开启
-XX:BiasedLockingStartupDelay=4000 # 偏向锁延迟启动时间，
-XX:BiasedLockingDecayTime=25000 # 重置撤销次数的时间阈值
-XX:BiasedLockingBulkRevokeThreshold=40 # 偏向锁批量撤销阈值
-XX:BiasedLockingBulkRebiasThreshold=20 # 偏向锁批量重偏向阈值
Note:
- 查看jvm各参数默认值
java -XX:+PrintFlagsInitial - 查看jvm运行参数值（其中被赋值号为
:=的值是被修改过，与初始值不同）
java -XX:+PrintFlagsFinal - 查看jvm运行时的参数的命令
jinfo -flags <pid>
jinfo -flag <name> <pid>
3）实现原理：markword标识出偏向锁状态，且保存当前持有锁的线程ID。然后在其线程栈上隐式保存递归次数。
image.png
4）优点：在无竞争的情况下开销较小，包括cpu（无须切换上下文和线程调度）和内存（无须分配管程对象）开销。
5）缺点：锁撤销开销较大，需要挂起锁定线程，遍历其线程栈，修改锁记录。甚至比轻量级锁和重量级锁的开销还大。目前HotSpot使用安全点的STW和启发式撤销方法，减少撤销次数，提高性能。
6）可重偏向的条件
- 线程ID为空
- epoch无效
Note1: 当类元数据中的epoch与类对象的对象头中的epoch值相等时，表示当前偏向锁有效；否则该偏向锁失效，可重偏向；通过引入epoch减小了重偏向的开销；
image.png
Note2：在调用hashcode时会撤销偏向锁来还原hashcode的占位；
Note3: 调用wait,notify会膨胀为重量级锁。触发管程对象分配和初始化；
2. 轻量级锁（也称为thin lock）
image.png
1）场景：在一段时间内请求的锁的线程较少，且持有锁的线程执行时间短，持有锁的时间短，其他等待线程在有限的自旋等待期可以得到锁。
2）实现结构——栈上锁记录
锁记录在堆栈上分配，在解释执行期间显式分配，或在编译时隐式分配。锁定记录包含一个可以放置移位标记字的位置，以及一个指向被锁定对象的指针。对象指针在分配时由解释器或编译器初始化，当锁被薄锁或胖锁时，移位的标记字被初始化。
from: www.diva-portal.org/smash/get/diva2:754541/FULLTEXT01.pdf
栈上锁记录
3）锁升级过程
当一个线程试图获取一个已经被其他线程持有的轻量级锁（CAS失败）时，非所有者线程将尝试对该锁进行膨胀。在锁膨胀期间，为对象分配和初始化重量级对象监视器结构。膨胀线程将尝试在循环中对锁进行升级，直到成功，或直到其他线程成功地升级锁为止。
from: www.diva-portal.org/smash/get/diva2:754541/FULLTEXT01.pdf
Note1: 调用wait,notify会膨胀为重量级锁。触发管程对象分配和初始化；
3. 重量级锁（也称为fat lock）
image.png
1）管程对象——monitor
通过对象关联的管程对象实现线程阻塞，唤醒机制。其主要依赖操作系统级的互斥量来实现。
2）WaitSet,EntrySet
image.png
- 准备争抢会进入临界区的线程会进入EntrySet；
- 只有一个线程会进去临界区，独占锁；
- 获取锁的线程执行wait方法会让出锁，并进去WaitSet；
- WaitSet中的线程需要被唤醒才能进入EntrySet，然后再参与竞争；
3）优点：
在多线程并发激烈的情况下性能表现好，让未获得锁的线程让出时间片和cpu使用权，减少资源消耗。
四、与juc包ReentrantLock对比
ReentrantLock优点：
- 公平锁和非公平锁
- 阻塞和非阻塞
- 超时机制
- 读写锁
- 多个条件队列
网友评论