(七) synchronized原理简单分析

Java多线程目录

1 synchronized中各种锁是怎么竞争升级的

synchronized锁

1 前提知识介绍

1.1 CAS

CAS简单点说就是比较交换，在Java中在进行CAS操作时，就会将变量新的值与旧的值先进行比较，再进行赋值。例如：

i++

如果i原理的内存值是0， 在进行CAS操作时这条语句会记录i原来的值，++完成后，原来记录的值与当前内存的值进行比较，如果记录的值与内存中的值相等，则++完成后的i的值会刷入到内存，这时这个i++才操作完成。记住比较的是在++操作过程中，我们原来读取的i的值与内存中的值是否相等。阅读Java多线程内存模型

1.2 java类对象结构

我们创建的Java对象在jvm是怎么存在的呢？JVM会创建的对象包含3个信息

1. 对象头-->描述信息
2. 实例数据
   对象真正的有效存储信息，这里我就理解为就是我们写的类
3. 对齐填充
   这个无意义，只是jvm要求Java对象大小必须是8的整数倍，不够的填充补齐。

根据Java内存分区信息，Java对象实例保存在堆， Java类元数据(class)保存在方法区，Java引用保存在栈上。

1.2.1 对象头

在生成对象时JVM会为我们的对象添加一些描述信息。 例如instanceOopDesc描述普通实例对象，arrayOopDesc描述的是数组对象，他们都有一个父类oopDesc。

//在openjdk源码C++ 部分/jdk/jdk/src/hotspot/share/oops包下，oop.hpp等文件
class oopDesc {
  friend class VMStructs;
  friend class JVMCIVMStructs;
 private:
  volatile markWord _mark;
  union _metadata {
    Klass*      _klass;
    narrowKlass _compressed_klass;
  } _metadata;
.....
}

如上描述信息主要包含两个信息 markWord, metadata,

• markWord： 主要包含hashCode值. 锁信息，gc标记，gc分代年龄. 其中gc信息是有关Java内存垃圾回收的。
• metadata: 类型指针，对象指向类元数据的指针，JVM用它来确定这个对象是那个类的实例。
• 还有一个特殊的，如果是数组对象，会保存数组的长度。

1.2.2 对象头长度

在JVM中，如果对象是数组类型则虚拟机用3个字宽存储对象头，普通类型用两个字节宽存储。在32位系统中1字宽为4字节即32位。在64位系统中1字宽为8个字节即64位。

长度 32位系统/64位系统	内容	说明
32bit/64bit	Mark word	存储对象的hashcode和锁信息
32bit/64bit	class metadata address	存储对象元数据(class)的指针
32bit/32bit	array length	只有在数组对象中有，表示数组长度

1.2.3 markWord内容

markWord数据存储结构

锁状态	25Bit	4Bit	1Bit是否是偏向锁	2Bit锁标志位
无锁状态	对象的hashCode	对象的分代年龄	0	01

第一个是锁的状态，由后面的数据决定。
markWord状态的变化(32为虚拟机)

markWord中数据的变化

在64位虚拟机中

64位虚拟机中的不同

从图中可以看出，锁状态的变化主要是后面标志位的设置。其他位各表示不同的意思。

• thrreadId: 指向偏向锁的线程ID

2 锁的升级

Java 1.6后Java对锁进行了优化，引入偏向锁和轻量级锁，就有了锁的4中状态，级别从低到高，无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。这几种状态会随着锁的竞争逐渐升级，都是synchronized实现的。

2.1 偏向锁

偏向某一个线程，当一个线程访问同步代码块时，对象头和栈帧中锁的记录会记录存储偏向锁的线程ID(threadId)，以后该线程进入和退出同步代码块就不需要CAS操作来竞争锁和解锁，只是简单测试一下对象头mark word里是否存储的偏向锁线程ID(threadId)指向当前线程，如果指向当前线程，表示已经获得锁，如果检测失败 ，则测试mark word中偏向锁的标识是否设置为1，如果没有则CAS竞争锁，如果设置了则CAS来竞争来将对象头的偏向锁线程ID指向当前线程。
为什么会有偏向锁
大量的实践证明，我们的多线程竞争大部分的锁都是同一个线程获得的，为了避免同一个线程的多次CAS竞争获得锁的消耗所以有了偏向锁。

2.1.2 偏向锁的释放

偏向锁是等到有竞争才释放撤销。当其他线程竞争该锁时，持有偏向锁的线程才会释放偏向锁。分两种情况。

1. 线程A已经获取偏向锁，线程B获取偏向锁时， 如果线程A已经死了不活跃了，则对象头线程锁会被设置成无锁状态或者直接线程B获取偏向锁。
2. 线程A这时正在活跃 ，说明锁竞争比较激烈。则暂停线程A，撤销线程A的偏向锁，将这个锁由偏向锁升级为轻量级锁，后线程A继续执行。这时候偏向锁已经撤销。

2.1.3 偏向锁执行顺序详解

稍后写。。