java线程之synchronized关键字

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synchronized 在JVM里的实现原理

JVM基于进入和退出Monitor对象实现方法同步和代码块同步, 但两者的实现细节不同. 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;
monitorenter指令 是在编译之后插入到同步代码块的开始位置, 而monitorexit指令 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;

java对象头

java对象的对象头大小为 2个字宽 或 3个字宽, 若对象是数组类型, 则虚拟机用3个字宽存储对象头, 若对象是非数组类型, 则虚拟机用2个字宽存储对象头;

java对象头的大致组成

锁的升级和对比(jdk1.6以上)

在Java SE 1.6中, Synchronized的monitor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.
注意: 锁只能升级升级但不能降级(为了提高获得锁和释放锁的效率)

• 偏向锁
  偏向锁 适用在锁没有多线程竞争并且总是由同一个线程多次获得的情况下
  

  

  偏向锁初始化的流程

• 轻量级锁
  线程在执行同步块之前, JVM会先在当前线程的栈帧中创建用于存储锁记录的空间, 并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中(Displace Mark World), 然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换成指向锁记录的指针.如果成功, 当前线程获得锁, 如果失败, 表示其他线程竞争锁, 当前线程便尝试使用自旋来获取锁;
  

  

  轻量级锁及膨胀流程图

• 重量级锁
  当两个线程同时争夺锁时, 会导致轻量级锁膨胀成重量级锁

• 锁的优缺点对比
  偏向锁
  优点: 加锁和解锁不需要额外的消耗, 和执行费同步方法相比仅存在纳秒级的差距
  缺点: 如果线程间存在锁竞争, 会带来额外的锁撤销的消耗
  使用场景: 适用于只有一个线程访问同步块的场景

  轻量级锁
  优点: 竞争的线程不会阻塞, 提高了程序的响应速度
  缺点: 如果始终得不到锁竞争的线程, 使用自旋会消耗CPU
  使用场景: 追求响应时间, 同步块执行速度非常快

  重量级锁
  优点: 线程竞争不使用自旋, 不会消耗CPU
  缺点: 线程阻塞, 响应时间缓慢
  使用场景: 追求吞吐量, 同步块执行速度较慢