Java并发(二十)----synchronized原理进阶

1、小故事

故事角色

  • 老王 - JVM

  • 小南 - 线程

  • 小女 - 线程

  • 房间 - 对象

  • 房间门上 - 防盗锁 - Monitor-重量级锁

  • 房间门上 - 小南书包 - 轻量级锁

  • 房间门上 - 刻上小南大名 - 偏向锁 -对象专属于某个线程使用

  • 批量重刻名 - 一个类的偏向锁撤销到达 20 阈值 -批量重偏向

  • 不能刻名字 - 批量撤销该类对象的偏向锁,设置该类不可偏向

小南要使用房间保证计算不被其它人干扰(原子性),最初,他用的是防盗锁,当上下文切换时,锁住门。这样,即使他离开了,别人也进不了门,他的工作就是安全的。

但是,很多情况下没人跟他来竞争房间的使用权。小女是要用房间,但使用的时间上是错开的,小南白天用,小女晚上用。每次上锁太麻烦了,有没有更简单的办法呢?

小南和小女商量了一下,约定不锁门了,而是谁用房间,谁把自己的书包挂在门口,但他们的书包样式都一样,因此每次进门前得翻翻书包,看课本是谁的,如果是自己的,那么就可以进门,这样省的上锁解锁了。万一书包不是自己的,那么就在门外等,并通知对方下次用锁门的方式。

后来,小女回老家了,很长一段时间都不会用这个房间。小南每次还是挂书包,翻书包,虽然比锁门省事了,但仍然觉得麻烦。

于是,小南干脆在门上刻上了自己的名字:【小南专属房间,其它人勿用】,下次来用房间时,只要名字还在,那么说明没人打扰,还是可以安全地使用房间。如果这期间有其它人要用这个房间,那么由使用者将小南刻的名字擦掉,升级为挂书包的方式。

同学们都放假回老家了,小南就膨胀了,在 20 个房间刻上了自己的名字,想进哪个进哪个。后来他自己放假回老家了,这时小女回来了(她也要用这些房间),结果就是得一个个地擦掉小南刻的名字,升级为挂书包的方式。老王觉得这成本有点高,提出了一种批量重刻名的方法,他让小女不用挂书包了,可以直接在门上刻上自己的名字

后来,刻名的现象越来越频繁,老王受不了了:算了,这些房间都不能刻名了,只能挂书包----设置该类不可偏向

节码指令中有所体现

2、synchronized 原理进阶

2.1 轻量级锁

轻量级锁的使用场景:如果一个对象虽然有多线程要加锁,但加锁的时间是错开的(也就是没有竞争),那么可以使用轻量级锁来优化。

如果有竞争,轻量级锁会升级为重量级锁。

轻量级锁对使用者是透明的,即语法仍然是 synchronized

假设有两个方法同步块,利用同一个对象加锁

static final Object obj = new Object();
public static void method1() {
    synchronized( obj ) {
        // 同步块 A
        method2();
    }
}
public static void method2() {
    synchronized( obj ) {
        // 同步块 B
    }
}
  • 创建锁记录(Lock Record)对象,每个线程都的栈帧都会包含一个锁记录的结构,内部可以存储锁定对象的 Mark Word

Java并发(二十)----synchronized原理进阶_第1张图片

  • 让锁记录中 Object reference 指向锁对象,并尝试用 cas(compare and swap,原子性) 替换 Object 的 Mark Word,将 Mark Word 的值存入锁记录

Java并发(二十)----synchronized原理进阶_第2张图片

  • 如果 cas(compare and swap,原子性) 替换成功,对象头中存储了锁记录地址和状态 00,表示由该线程给对象加锁,这时图示如下

Java并发(二十)----synchronized原理进阶_第3张图片

  • 如果 cas(compare and swap,原子性) 失败,有两种情况

    • 如果是其它线程已经持有了该 Object 的轻量级锁,这时表明有竞争,进入锁膨胀过程

    • 如果是自己执行了 synchronized 锁重入,那么再添加一条 Lock Record 作为重入的计数,如示例代码

Java并发(二十)----synchronized原理进阶_第4张图片

  • 当退出 synchronized 代码块(解锁时)如果有取值为 null 的锁记录,表示有重入,这时重置锁记录,表示重入计数减一(锁重入的数量)

Java并发(二十)----synchronized原理进阶_第5张图片

  • 当退出 synchronized 代码块(解锁时)锁记录的值不为 null,这时使用 cas(compare and swap,原子性) 将 Mark Word 的值恢复给对象头

    • 成功,则解锁成功

    • 失败,说明轻量级锁进行了锁膨胀或已经升级为重量级锁,进入重量级锁解锁流程

2.2 锁膨胀

如果在尝试加轻量级锁的过程中,CAS 操作无法成功,这时一种情况就是有其它线程为此对象加上了轻量级锁(有竞争),这时需要进行锁膨胀,将轻量级锁变为重量级锁。

static Object obj = new Object();
public static void method1() {
    synchronized( obj ) {
        // 同步块
    }
}
  • 当 Thread-1 进行轻量级加锁时,Thread-0 已经对该对象加了轻量级锁

Java并发(二十)----synchronized原理进阶_第6张图片

  • 这时 Thread-1 加轻量级锁失败,进入锁膨胀流程

    • 即为 Object 对象申请 Monitor 锁,让 Object 指向重量级锁地址

    • 然后自己进入 Monitor 的 EntryList BLOCKED

Java并发(二十)----synchronized原理进阶_第7张图片

  • 当 Thread-0 退出同步块解锁时,使用 cas 将 Mark Word 的值恢复给对象头,失败。这时会进入重量级解锁流程,即按照 Monitor 地址找到 Monitor 对象,设置 Owner 为 null,唤醒 EntryList 中 BLOCKED 线程

2.3 自旋优化

重量级锁竞争的时候,还可以使用自旋来进行优化,如果当前线程自旋成功(即这时候持锁线程已经退出了同步块,释放了锁),这时当前线程就可以避免阻塞。

自旋重试成功的情况

线程 1 (core 1 上) 对象 Mark 线程 2 (core 2 上)
- 10(重量锁) -
访问同步块,获取 monitor 10(重量锁)重量锁指针 -
成功(加锁) 10(重量锁)重量锁指针 -
执行同步块 10(重量锁)重量锁指针 -
执行同步块 10(重量锁)重量锁指针 访问同步块,获取 monitor
执行同步块 10(重量锁)重量锁指针 自旋重试
执行完毕 10(重量锁)重量锁指针 自旋重试
成功(解锁) 01(无锁) 自旋重试
- 10(重量锁)重量锁指针 成功(加锁)
- 10(重量锁)重量锁指针 执行同步块
- ... ...

线程2自旋重试3次成功加锁,这样就不会陷入阻塞。

自旋重试失败的情况

线程 1(core 1 上) 对象 Mark 线程 2(core 2 上)
- 10(重量锁) -
访问同步块,获取 monitor 10(重量锁)重量锁指针 -
成功(加锁) 10(重量锁)重量锁指针 -
执行同步块 10(重量锁)重量锁指针 -
执行同步块 10(重量锁)重量锁指针 访问同步块,获取 monitor
执行同步块 10(重量锁)重量锁指针 自旋重试
执行同步块 10(重量锁)重量锁指针 自旋重试
执行同步块 10(重量锁)重量锁指针 自旋重试
执行同步块 10(重量锁)重量锁指针 阻塞
- ... ...
  • 线程2一直处于自旋,最后处于阻塞状态。

  • 自旋会占用 CPU 时间,单核 CPU 自旋就是浪费,多核 CPU 自旋才能发挥优势。

  • 在 Java 6 之后自旋锁是自适应的,比如对象刚刚的一次自旋操作成功过,那么认为这次自旋成功的可能性会高,就多自旋几次;反之,就少自旋甚至不自旋,总之,比较智能。

  • Java 7 之后不能控制是否开启自旋功能

2.4 偏向锁

轻量级锁在没有竞争时(就自己这个线程),每次锁重入时仍然需要执行 CAS 操作。

Java 6 中引入了偏向锁来做进一步优化:只有第一次使用 CAS 将线程 ID 设置到对象的 Mark Word 头,之后发现这个线程 ID 是自己的就表示没有竞争,不用重新 CAS。以后只要不发生竞争,这个对象就归该线程所有

例如:

static final Object obj = new Object();
public static void m1() {
    synchronized( obj ) {
        // 同步块 A
        m2();
    }
}
public static void m2() {
    synchronized( obj ) {
        // 同步块 B
        m3();
    }
}
public static void m3() {
    synchronized( obj ) {
        // 同步块 C
    }
}

Java并发(二十)----synchronized原理进阶_第8张图片

2.4.1 偏向状态

回忆一下对象头格式

|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
|                        Mark Word (64 bits)                         |       State        |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
| unused:25 | hashcode:31 | unused:1 | age:4 | biased_lock:0 | 01    |       Normal       |  // 正常
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|  // 偏向锁
| thread:54 | epoch:2     | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | 01    |       Biased       |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
|             ptr_to_lock_record:62                          | 00    | Lightweight Locked |  // 轻量级
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|  // 重量级
|             ptr_to_heavyweight_monitor:62                  | 10    | Heavyweight Locked |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
|                                                            | 11    |    Marked for GC   |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|

一个对象创建时:

  • 如果开启了偏向锁(默认开启),那么对象创建后,markword 值为 0x05 即最后 3 位为 101,这时它的 thread、epoch、age 都为 0

  • 偏向锁是默认是延迟的,不会在程序启动时立即生效,可以sleep 4s后查看,如果想避免延迟,可以加 VM 参数 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 来禁用延迟

    Java并发(二十)----synchronized原理进阶_第9张图片

  • 如果没有开启偏向锁,那么对象创建后,markword 值为 0x01 即最后 3 位为 001,这时它的 hashcode、age 都为 0,第一次用到 hashcode 时才会赋值

1) 测试延迟特性
2) 测试偏向锁
class Dog {}

利用 jol 第三方工具来查看对象头信息

pom文件

        
            org.openjdk.jol
            jol-core
            0.10
        

代码(注意这一小节的代码了解一下即可,在本机是运行不成功的,注意看输出就行了

// 添加虚拟机参数 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 
public static void main(String[] args) throws IOException {
    Dog d = new Dog();
    ClassLayout classLayout = ClassLayout.parseInstance(d);
​
    new Thread(() -> {
        log.debug("synchronized 前");
        System.out.println(classLayout.toPrintableSimple(true));
        synchronized (d) {
            log.debug("synchronized 中");
            System.out.println(classLayout.toPrintableSimple(true));
        }
        log.debug("synchronized 后");
        System.out.println(classLayout.toPrintableSimple(true));
    }, "t1").start();
​
}

输出

11:08:58.117 c.TestBiased [t1] - synchronized 前
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000101        //VM 参数 `-XX:BiasedLockingStartupDelay=0`后
11:08:58.121 c.TestBiased [t1] - synchronized 中
00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11101011 11010000 00000101         // 与上面输出的区别,根据对象头格式查看
11:08:58.121 c.TestBiased [t1] - synchronized 后
00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11101011 11010000 00000101         // 处于偏向锁,线程id不变,除非有新的竞争

注意

处于偏向锁的对象解锁后,线程 id 仍存储于对象头中

3)测试禁用

在上面测试代码运行时在添加 VM 参数 -XX:-UseBiasedLocking 禁用偏向锁

输出

11:13:10.018 c.TestBiased [t1] - synchronized 前
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001     // 三条日志后三位均不是101
11:13:10.021 c.TestBiased [t1] - synchronized 中
00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 00010100 11110011 10001000     //  处于轻量级锁
11:13:10.021 c.TestBiased [t1] - synchronized 后
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001     // 恢复成正常状态

4) 测试 hashCode,添加VM 参数 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 来禁用延迟

  • 正常状态对象一开始是没有 hashCode 的,第一次调用才生成

  • 调用 hashCode 会导致偏向锁被禁用。因为处于偏向锁状态的话已经存储线程id,再去存储hashcode,空间不够,是存储不下的。所以这时候的状态会被改为正常状态。另外轻量级锁的hashcode存储在栈帧中的锁记录中,重量级锁的hashcode存储在monitor对象中,解锁时会还原。

2.4.2 撤销 - 调用对象 hashCode

调用了对象的 hashCode,但偏向锁的对象 MarkWord 中存储的是线程 id,如果调用 hashCode 会导致偏向锁被撤销

  • 轻量级锁会在锁记录中记录 hashCode

  • 重量级锁会在 Monitor 中记录 hashCode

在调用 hashCode 后使用偏向锁,记得去掉 -XX:-UseBiasedLocking

输出

11:22:10.386 c.TestBiased [main] - 调用 hashCode:1778535015
11:22:10.391 c.TestBiased [t1] - synchronized 前
00000000 00000000 00000000 01101010 00000010 01001010 01100111 00000001
11:22:10.393 c.TestBiased [t1] - synchronized 中
00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 11000011 11110011 01101000
11:22:10.393 c.TestBiased [t1] - synchronized 后
00000000 00000000 00000000 01101010 00000010 01001010 01100111 00000001
2.4.3 撤销 - 其它线程使用对象

当有其它线程使用偏向锁对象时,会将偏向锁升级为轻量级锁

private static void test2() throws InterruptedException {
​
    Dog d = new Dog();
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        synchronized (d) {
            log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        }
        // 锁住当前类对象
        synchronized (TestBiased.class) {
            TestBiased.class.notify();
        }
        // 如果不用 wait/notify 使用 join 必须打开下面的注释
        // 因为:t1 线程不能结束,否则底层线程可能被 jvm 重用作为 t2 线程,底层线程 id 是一样的
        /*try {
            System.in.read();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }*/
    }, "t1");
    t1.start();
​
​
    Thread t2 = new Thread(() -> {
        // 锁住当前类对象
        synchronized (TestBiased.class) {
            try {
                TestBiased.class.wait(); // 等待t1线程
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        synchronized (d) {
            log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        }
        log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
    }, "t2");
    t2.start();
}

输出

[t1] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 01000001 00010000 00000101  // 处于偏向锁    
[t2] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 01000001 00010000 00000101  // t2线程还未加锁和t1状态保持一致
[t2] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 10110101 11110000 01000000  //  处于轻量级锁
[t2] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001  //  解锁后处于不可偏向
2.4.4 撤销 - 调用 wait/notify

这种情况下也会撤销偏向锁。因为wait/notify只有重量级锁才有。会将偏向锁或者轻量级锁升级为重量级锁

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Dog d = new Dog();
​
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        synchronized (d) {
            log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            try {
                d.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        }
    }, "t1");
    t1.start();
​
    new Thread(() -> {
        try {
            Thread.sleep(6000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        synchronized (d) {
            log.debug("notify");
            d.notify();
        }
    }, "t2").start();
​
}

输出

[t1] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000101  // 偏向锁
[t1] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 10110011 11111000 00000101  // 加锁
[t2] - notify
[t1] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00011100 11010100 00001101 11001010  // 重量级锁
2.4.5 批量重偏向

如果对象虽然被多个线程访问,但没有竞争,这时偏向了线程 T1 的对象仍有机会重新偏向 T2,重偏向会重置对象的 Thread ID

当撤销偏向锁阈值超过 20 次后,jvm 会这样觉得,我是不是偏向错了呢,于是会在给这些对象加锁时重新偏向至加锁线程

private static void test3() throws InterruptedException {
​
    Vector list = new Vector<>();
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            Dog d = new Dog();
            list.add(d);
            synchronized (d) {
                log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            }
        }
        synchronized (list) {
            list.notify();
        }        
    }, "t1");
    t1.start();
​
    
    Thread t2 = new Thread(() -> {
        synchronized (list) {
            try {
                list.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        log.debug("===============> ");
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            Dog d = list.get(i);
            log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            synchronized (d) {
                log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            }
            log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        }
    }, "t2");
    t2.start();
}

输出

[t1] - 0    00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101  // 偏向锁
[t1] - 1    00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 2    00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 3    00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 4    00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 5    00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 6    00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 7    00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 8    00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 9    00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 10   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 11   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 12   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 13   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 14   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 15   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 16   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 17   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 18   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 19   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 20   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
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[t1] - 25   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
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[t1] - 27   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 28   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t1] - 29   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t2] - ===============> 
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[t2] - 1    00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
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[t2] - 2    00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
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[t2] - 3    00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
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[t2] - 5    00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
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[t2] - 7    00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
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[t2] - 7    00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
[t2] - 8    00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t2] - 8    00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 01011000 11110111 00000000
[t2] - 8    00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
[t2] - 9    00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t2] - 9    00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 01011000 11110111 00000000
[t2] - 9    00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
[t2] - 10   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
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[t2] - 10   00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
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[t2] - 11   00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 01011000 11110111 00000000
[t2] - 11   00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
[t2] - 12   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
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[t2] - 12   00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
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[t2] - 13   00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 01011000 11110111 00000000
[t2] - 13   00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
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[t2] - 14   00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
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[t2] - 18   00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
[t2] - 19   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101  // 第20个对象开始,全部处于偏向t2的偏向锁
[t2] - 19   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101  // 批量重偏向,后面所有都处于偏向t2的偏向锁
[t2] - 19   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101
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[t2] - 20   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101
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[t2] - 25   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101
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[t2] - 26   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t2] - 26   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101
[t2] - 26   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101
[t2] - 27   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t2] - 27   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101
[t2] - 27   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101
[t2] - 28   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t2] - 28   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101
[t2] - 28   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101
[t2] - 29   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t2] - 29   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101
[t2] - 29   00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101
2.4.6 批量撤销

当撤销偏向锁阈值超过 40 次后,jvm 会这样觉得,自己确实偏向错了,根本就不该偏向。于是整个类的所有对象都会变为不可偏向的,新建的对象也是不可偏向的

这里就不打印日志了,可以自行思考

static Thread t1,t2,t3;
private static void test4() throws InterruptedException {
    Vector list = new Vector<>();
​
    int loopNumber = 39;
    t1 = new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            Dog d = new Dog();
            list.add(d);
            synchronized (d) {
                log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            }
        }
        LockSupport.unpark(t2);
    }, "t1");
    t1.start();
​
    t2 = new Thread(() -> {
        LockSupport.park();
        log.debug("===============> ");
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            Dog d = list.get(i);
            log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            synchronized (d) {
                log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            }
            log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        }
        LockSupport.unpark(t3);
    }, "t2");
    t2.start();
​
    t3 = new Thread(() -> {
        LockSupport.park();
        log.debug("===============> ");
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            Dog d = list.get(i);
            log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            synchronized (d) {
                log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            }
            log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        }
    }, "t3");
    t3.start();
​
    t3.join();
    log.debug(ClassLayout.parseInstance(new Dog()).toPrintableSimple(true));
}

参考资料

https://github.com/farmerjohngit/myblog/issues/12

https://www.cnblogs.com/LemonFive/p/11246086.html

https://www.cnblogs.com/LemonFive/p/11248248.html

偏向锁论文

2.5 锁消除

锁消除
@Fork(1)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@Warmup(iterations=3)
@Measurement(iterations=5)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
public class MyBenchmark {
    static int x = 0;
    @Benchmark
    public void a() throws Exception {
        x++;
    }
    @Benchmark
    public void b() throws Exception {
        Object o = new Object();
        synchronized (o) {
            x++;
        }
    }
}

java -jar benchmarks.jar

Benchmark            Mode  Samples  Score  Score error  Units
c.i.MyBenchmark.a    avgt        5  1.542        0.056  ns/op
c.i.MyBenchmark.b    avgt        5  1.518        0.091  ns/op

b是有一个加锁的操作,那为什么a耗时与b耗时几乎别区别呢?是因为Java中有一个JIT(即时编译器),会对于反复执行的代码进行优化,b中o对象根本不会被共享,所以b中的synchronized是没有任何意义的,所以Java就把锁给消除了。这也是存在一个开关的,这个开关是默认开启的,下面演示下把这个开关关闭掉。

java -XX:-EliminateLocks -jar benchmarks.jar

Benchmark            Mode  Samples   Score  Score error  Units
c.i.MyBenchmark.a    avgt        5   1.507        0.108  ns/op
c.i.MyBenchmark.b    avgt        5  16.976        1.572  ns/op

可以看到耗时有明显差距了。

锁粗化

对相同对象多次加锁,导致线程发生多次重入,可以使用锁粗化方式来优化,这不同于之前的细分锁的粒度。

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