synchronized的实现原理?

synchronized是怎么加锁的呢?

我们使用synchronized的时候,发现不用自己去lock和unlock,是因为JVM帮我们把这个事情做了。

  1. synchronized修饰代码块时,JVM采用monitorentermonitorexit两个指令来实现同步,monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置, monitorexit 指令则指向同步代码块的结束位置。

反编译一段synchronized修饰代码块代码,javap -c -s -v -l SynchronizedDemo.class,可以看到相应的字节码指令。

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  1. synchronized修饰同步方法时,JVM采用ACC_SYNCHRONIZED标记符来实现同步,这个标识指明了该方法是一个同步方法。

同样可以写段代码反编译看一下。

2.png

synchronized锁住的是什么呢?

monitorenter、monitorexit或者ACC_SYNCHRONIZED都是基于Monitor实现的。

实例对象结构里有对象头,对象头里面有一块结构叫Mark Word,Mark Word指针指向了monitor

所谓的Monitor其实是一种同步工具,也可以说是一种同步机制。在Java虚拟机(HotSpot)中,Monitor是由ObjectMonitor实现的,可以叫做内部锁,或者Monitor锁。

ObjectMonitor的工作原理:

  • ObjectMonitor有两个队列:_WaitSet、_EntryList,用来保存ObjectWaiter 对象列表。
  • _owner,获取 Monitor 对象的线程进入 _owner 区时, _count + 1。如果线程调用了 wait() 方法,此时会释放 Monitor 对象, _owner 恢复为空, _count - 1。同时该等待线程进入 _WaitSet 中,等待被唤醒。
ObjectMonitor() {
    _header       = NULL;
    _count        = 0; // 记录线程获取锁的次数
    _waiters      = 0,
    _recursions   = 0;  //锁的重入次数
    _object       = NULL;
    _owner        = NULL;  // 指向持有ObjectMonitor对象的线程
    _WaitSet      = NULL;  // 处于wait状态的线程,会被加入到_WaitSet
    _WaitSetLock  = 0 ;
    _Responsible  = NULL ;
    _succ         = NULL ;
    _cxq          = NULL ;
    FreeNext      = NULL ;
    _EntryList    = NULL ;  // 处于等待锁block状态的线程,会被加入到该列表
    _SpinFreq     = 0 ;
    _SpinClock    = 0 ;
    OwnerIsThread = 0 ;
  }

可以类比一个去医院就诊的例子[18]:

  • 首先,患者在门诊大厅前台或自助挂号机进行挂号
  • 随后,挂号结束后患者找到对应的诊室就诊

    • 诊室每次只能有一个患者就诊;
    • 如果此时诊室空闲,直接进入就诊;
    • 如果此时诊室内有其它患者就诊,那么当前患者进入候诊室,等待叫号;
  • 就诊结束后,走出就诊室,候诊室的下一位候诊患者进入就诊室。

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这个过程就和Monitor机制比较相似:

  • 门诊大厅:所有待进入的线程都必须先在入口Entry Set挂号才有资格;
  • 就诊室:就诊室_Owner里里只能有一个线程就诊,就诊完线程就自行离开
  • 候诊室:就诊室繁忙时,进入等待区(Wait Set),就诊室空闲的时候就从等待区(Wait Set)叫新的线程

所以我们就知道了,同步是锁住的什么东西:

  • monitorenter,在判断拥有同步标识 ACC_SYNCHRONIZED 抢先进入此方法的线程会优先拥有 Monitor 的 owner ,此时计数器 +1。
  • monitorexit,当执行完退出后,计数器 -1,归 0 后被其他进入的线程获得。

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