并发编程-Synchronized锁

Synchronized的作用

（1）原子性：确保线程互斥的访问同步代码
（2）可见性：保证共享变量的修改能够及时可见---unlock之前必须同步到主内存，lock操作会从主内存中加载
（3）有序性：有效解决重排序问题。
（4）可重入性：最大的作用是避免死锁

Synchronized的实现方式

A、方法锁

直接修饰方法，使用的是this对象锁【监视器锁（monitor）便是对象实例（this）】
修饰静态方法，使用的是class类锁，也叫字节码锁【监视器锁（monitor）便是对象的Class实例，因为Class数据存在于永久代，因此静态方法锁相当于该类的一个全局锁】

B、方法块锁---粒度更细，更加灵活

会产生的共享资源代码块加锁，加锁可以是this对象锁、(String|object等)任意对象锁及类锁[A.class,this.getClass()]【监视器锁（monitor）便是括号括起来的对象实例】

注意在使用锁的时候，必须要使用同一把锁,要不然会失效。

Synchronized的实现原理

1.方法锁

public synchronized void method() {
        System.out.println("Hello World!");
  }

直接方法锁

public static synchronized void method() {
        System.out.println("Hello World!");
  }

静态方法锁

当方法调用时，调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。
在方法执行期间，其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。

2.方法块锁

private void b() {
    synchronized (lockObject) {
        System.out.println("我是B");
    }
}

反编译（javap -p -v Test001.class）后结果可看到每个synchronized均有1次monitorenter和2次monitorexit（正常或异常两条通道，最后只走一条）。
底层是对一个monitor监视器锁对象的所有权获取来判断是否获取到锁的,分为同步代码块显示的调用【monitorenter和monitorexit】及同步方法上隐式调用【常量池关键字ACC_SYNCHRONIZED】。
wait/notify等方法也依赖于monitor对象，这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。

监视器官方解释

1.monitorenter获得锁

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-6.html#jvms-6.5.monitorenter

a、如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者；
b、如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1；
c、如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权；

2.monitorexit释放锁

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-6.html#jvms-6.5.monitorexit

a、monitorexit指令执行时，monitor的进入数减1
b、如果减1后进入数为0，那线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者。
c、其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权。

虚拟机源码分析

http://hg.openjdk.java.net/jdk8 下载hotspot虚拟机

monitor是有ObjectMonitor实现的（C++实现的，位于HotSpot虚拟机源码\openjdk8\openjdk\hotspot\src\share\vm\runtime\ObjectMonitor.hpp文件）

锁池(_EntryList)：等待排队要获取锁的线程
等待池（WaitSet）：持有锁线程执行wait时，线程会进入等待池，当有notify或notifyAll的时候会重新加入锁的竞争。
竞争锁单向链表(_cxq）：_owner为空，且同时多个线程来竞争所，则会加入到单向链表参与非公平竞选
持有锁对象：_owner、_recursions(多次重入则增1)
owner:拥有这把锁的线程
recursions会记录线程拥有锁的次数

实现原理

a、在没有任何线程获取锁时多个线程同时来抢，就都会进入_cxq中以链表形式先装起来，使用非公平策略进行抢锁，锁成功了则设置_owner的线程ID，同时monitor中的计数器count加1。其他失败的竞争线程会进入锁池(_EntryList).

b、若线程调用 wait() 方法，将释放当前持有的monitor，owner变量恢复为null，count自减1，同时该线程进入等待池（WaitSet）集合中等待被唤醒；

c、若当前线程执行完毕，也将释放monitor（锁）并复位count的值，以便其他线程进入获取monitor(锁)；

监视器Monitor有两种同步方式：互斥与协作。
协作：一个线程向缓冲区写数据，另一个线程从缓冲区读数据，如果读线程发现缓冲区为空就会等待，当写线程向缓冲区写入数据，就会唤醒读线程。

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