重量级锁的8连问，你能接住几个？

前言

接上一篇偏向锁的十连问，继续升级到重量级锁的进阶版，检验一下自己离精通重量级锁还有多远。建议在读之前了解下Java中重量级锁的实现原理。

1. 重量级锁的ObjectMonitor和JUC中的AQS有什么异同
2. 为什么ObjectMonitor需要cxq和entryList两个等待队列
3. cxq队列中等待线程，什么时候会进到EntryList
4. 等待队列中多个线程，唤醒的顺序是什么
5. 偏向锁和轻量级锁下线程是否可以wait和notify
6. cxq和waitset数据结构有什么区别
7. 被唤醒的wait线程和其它等待线程，谁会先抢到锁
8. synchronized有类似AQS的公平锁/非公平锁逻辑吗

看了上面的问题，如果是胸有成竹，那就可以跳过这篇文章了。如果一脸问号，这篇文章应该对你有所帮助。

名词解释

首先明确下文章中用到的名词，防止引起误解。
等待队列，互斥锁实现中，当线程抢锁失败时，会被放入一个队列等待。当别的线程释放锁后会唤醒队列中的元素重新尝试抢锁，这个队列一般称为互斥等待队列，本文中称为等待队列。
同步队列，代码中调用wait方法时，当前线程会放入另外一个队列，等待其它线程notify，这个队列一般称为同步等待队列，本文中称为同步队列。

问题解析

问题1：ObjectMonitor和AQS有什么异同
ObjectMonitor和AQS（AbstractQueuedSynchronizer）都是依据管程模型的原理开发的。所以在整体架构上基本相同，都有共享变量和等待队列，在实现上又有区别。
1）共享变量，ObjectMonitor中使用owner做共享变量，通过CAS设置owner为当前线程来抢锁。而AQS中的共享变量是一个整形的status。因为这一区别，导致ObjectMonitor需要定义一个计数器来记录锁重入次数，而AQS需要额外定义个exclusiveOwnerThread来记录当前持有锁的线程。
2）等待队列，ObjectMonitor等待队列使用了两个队列，cxq和entryList，而AQS仅使用了一个等待队列。
3）条件同步，AQS支持在同一个锁上创建多个条件变量，wait/notify更加灵活和精准。而ObjectMonitor只有一个waitset，所有线程共享一个条件变量。
4）Share模式，AQS的Share模式可以使实现读写锁更加简单。

问题2: 为什么ObjectMonitor需要cxq和entryList两个等待队列
ObjectMonitor中加解锁、wait/notify都涉及对等待队列的进出队操作。如果使用一个队列冲突的概率会加大，耗费系统资源。分成2个队列后，出入队EntryList队列只有加锁的情况才会操作，不需要CAS和自旋，减少了资源消耗。

问题3：cxq队列中等待线程，什么时候会进到EntryList
抢锁线程在获取锁失败后，默认会进cxq队列。当持有锁的线程执行完释放锁时，会将cxq中的等待节点放入EntryList中。就是说cxq->EntryList这一步是锁释放之前的由持有锁的线程做的。

问题4：等待队列中多个线程，唤醒的顺序是什么
当持有锁的线程释放锁时，会先检查EntryList是否为空，如果不为空则唤醒EntryList中第一个节点。否则唤醒cxq中第一个节点。EntryList和cxq中出入队策略请看问题6。

问题5：偏向锁和轻量级锁下线程是否可以wait和notify
答案时是可以。原因很简单，因为wait/notify时是需要加入或者唤醒同步队列的，只有ObjectMonitor中才有同步队列。

问题6：cxq和waitset数据结构有什么区别

1. cxq是一个双向链表，采用先进后出的策略，就是说后入队的线程将先获取到互斥锁，结构如下图:

   
   
   CXQ
   
   

   当前锁被其它线程持有，t0先尝试获取锁，t3最后尝试，cxq当前的状态如上图。最后入队的t3会排在第一位。当持有锁的线程解锁时，正常从队首出队，所以t3首先获得锁。

2. waiset是一个回环链表，即尾节点的下一个节点是头节点，采用先进先出的策略。结构如下图：
   
   waitset
   
   问题7：notify/notifyAll后的线程和等待队列中线程，谁会优先抢到锁
   使用notify和notifyAll唤醒wait线程，jvm的处理是有区别的。
   1）如果是notify，唤醒的是waitset的队首节点，如果这时候EntryList不为空，则放入EntryList，否则放入cxq。无论是放入那个队列。因为是cxq后进先出，所以被唤醒的线程比等待队列中的线程先出队，会先抢到锁。
   2）如果是notifyAll，会将waitset中的所有节点逐个放入cxq中。按照问题4中的描述，如果EntryList不为空，则EntryList中首节点会先抢到锁，否则waitset中原最后一个节点先抢到锁，如下图所示：
   
   waitset
   
   问题8：Synchronized有类似AQS的公平锁/非公平锁逻辑吗
   默认情况下，线程进入重量级锁的抢锁阶段，第一步就会尝试通过自旋来抢锁，所以默认相当于AQS中的非公平锁。即使自旋时未抢到锁，按照上面讲的cxq出入队逻辑，也是后进先出，正常情况下后进入等待队列的线程会先抢到锁，这一点也是和AQS中相反的。

hotspot中对于重量级锁的不同使用场景可以调整这个公平锁逻辑，但是不提供jvm启动参数，需要修改jvm的编译参数来实现。

总结

JVM中的Synchronized重量级锁逻辑和JDK中的AQS都是依据管程模型的理论来设计的，所以有诸多的相似之处。建议感兴趣的读者可以了解下管程模型，对于理解互斥锁会有很大帮助的。