并发编程面试题之synchronized实现原理

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内容	博客链接
并发编程面试题之常见面试题	https://blog.csdn.net/weixin_38251871/article/details/104658674
并发编程面试题之 volatile 关键字	https://blog.csdn.net/weixin_38251871/article/details/104667384
并发编程面试题之 CAS	https://blog.csdn.net/weixin_38251871/article/details/104667406
并发编程面试题之锁	https://blog.csdn.net/weixin_38251871/article/details/104667392
并发编程面试题之阻塞队列	待完成…
并发编程面试题之 AQS	待完成…
并发编程面试题之线程池	https://blog.csdn.net/weixin_38251871/article/details/104675416
并发编程面试题之 synchronized 和 ReentrantLock 的区别	https://blog.csdn.net/weixin_38251871/article/details/104667532
并发编程面试题之 CyclicBarrier、CountDownLatch、Semaphore	https://blog.csdn.net/weixin_38251871/article/details/104677582
并发编程面试题之 ConcurrentHashMap	https://blog.csdn.net/weixin_38251871/article/details/104667433

 

synchronized 核心组件

• Wait Set： 放置调用 Object#wait() 方法后被阻塞的线程
• Contention List： 竞争队列，所有请求锁的线程先放置在这个竞争队列中
• Entry List： 竞争队列中有资格成为候选资源的线程被移动到 Entry List 中
• OnDeck： 无论什么时候， 最多只有一个线程正在竞争锁资源，该线程就叫 OnDeck
• Owner： 当前已经获取到锁资源的线程叫做 Owner
• !Owner： 当前释放锁的线程

 

synchronized 底层实现原理

 

• JVM 每次从队列的尾部取出一个数据用于锁竞争候选者 （OnDeck），但是在并发的情况下， Contention List 会被大量的并发线程进行 CAS 访问，为了降低对尾部元素的竞争，JVM 会将一部分线程移动到 Entry List 中作为候选竞争线程
• Owner 线程会在 unlock 时将 Contention List 中的部分线程迁移到 Entry List 中，并指定 Entry List 中的某个线程为 OnDeck 线程
• Owner· 线程并不直接把锁传递给 OnDeck 线程, 而是把锁竞争的权利交给 OnDeck, OnDeck 需要重新竞争锁。这样虽然牺牲了一些公平性, 但是能极大的提升系统的吞吐量, 在 JVM 中, 这种行为称之为 竞争切换
• OnDeck 线程获取到锁资源后会变成 Owner 线程, 而没有获取到锁的线程仍然停留在 Entry List 中, 如果 Owner 线程被 Object#wait() 方法阻塞,则转移到 Wait Set 队列中, 直到某个时刻通过 Object#notify()/Object#notifyAll() 方法唤醒, 会重新进入到 Entry List 中
• 处于 Contention List、Entry List、Wait Set 中的线程都处于阻塞状态, 该阻塞是由操作系统来完成的
• synchronized 是非公平锁, synchronized 在线程进入 Contention List 的时候, 等待的线程会先尝试自旋获取锁, 如果获取不到锁就进入 Contention List 中, 这明显对于已经进入到队列的线程是不公平的, 还有一个不公平的事情就是自旋获取锁的线程还可能直接抢占 OnDeck 线程的锁资源
• 每个对象都有一个 monitor 对象, 加锁就是在竞争 monitor 对象, 代码块加锁就是在前后分别加上 monitorenter 与 monitorexit 指令来实现的, 方法加锁就是通过一个标记位来判断的
• synchronized 是一个重量级的操作, 需要调用操作系统相关接口, 性能低效. 有可能给线程加锁的时间比操作程序的时间更多
• 值得庆幸的是, 在 JDK 1.6 之后, synchronized 进行了很多的优化, 适应自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁、偏向锁等, 在效率上有本质上的提高, 在 JDK 1.7/JDK 1.8 中都对 synchronized 关键字的实现机制做了优化, 都是在对象头中由标记位, 不需要经过操作系统加锁
• 锁升级可以从 偏向锁 --> 轻量级锁 --> 重量级锁, 这种升级过程叫锁膨胀
• JDK 1.6 默认开启偏向锁和轻量级锁, 可以通过 -XX:-UseBiasedLocking 来禁用偏向锁