synchronized 的使用

类锁 和 对象锁

类锁： 基于当前类的Class加锁

对象锁：基于this对象加锁

public class Test {

  public synchronized  static void print () {
     // 类锁
  }

  public   synchronized   void print2 () {
  	// 对象锁
  }

}

synchronized 锁时基于对象实现的。 ，那么是如何是实现的吗？

我们需要先了解对象的内存布局。对象被分配在堆中，主要由这三部分组成：对象头，实例数据，补齐填充。对象头由MarkWord 和 class pointer 组成，锁便跟MarkWord 相关。

MarkWord的具体布局如下图所示：

image-1672147760131

不同的状态看不同的行；如果想看到对象在内存中的状态，可以增加如下maven依赖。

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.8</version>
    <scope>provided</scope>
</dependency>

输出方式

 public static void main(String[] args) {
     Object o = new Object();
     System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
 }

image-1672148624286

001 , 意味着现在是无锁的状态。

synchronized 锁优化

jdk1.5时，并发编程大师引入了ReentrantLock 提升了锁的性能；

jdk1.6时，JDK团队对synchronized 做了大量优化，主要有以下三方面的优化：锁升级，锁消除，锁膨胀

锁消除

在 synchronized 修饰的同步方法或者同步代码块中，如果没有操作临界资源；就会触发锁消除。

锁膨胀

如果在一个循环中，频繁的获取和释放锁资源；这样带来的消耗很大；锁膨胀就是将锁的范围扩大，避免频繁的竞争和获取锁资源带来的不必要的消耗。

锁升级

TIPS：

synchronized 不存在从重量级锁降级到偏向锁或者轻量级锁。

synchronized 的四种锁状态。

  • 无锁状态，匿名偏向锁状态：没有线程拿锁

  • 偏向锁状态：没有线程竞争，只有一个线程拿锁资源

    线程竞争锁资源时，发现当前synchronized没有线程占用锁资源，并且锁是偏向锁，使用CAS的方式，设置o的线程ID为当前线程，获取到锁资源，下次当前线程再次获取时，只需要判断是偏向锁，并且线程ID是当前线程ID即可，直接获得到锁资源。

  • 轻量级锁状态：偏向锁出现竞争时，会升级成轻量级锁；（涉及到偏向锁撤销）

轻量级锁的状态下，线程会基于CAS的方式，尝试获取锁资源，CAS的次数是基于自适应自旋锁实现的，JVM会自动的基于上一次获取锁是否成功，来决定这次获取锁资源要CAS多少次。

  • 重量级锁状态：轻量级锁在CAS一段时间后，如果还没有拿到锁资源，就会升级成重量级锁。（其实CAS操作时在重量级锁时执行的）

重量级锁就是线程拿不到锁，就挂起。

偏向锁是延迟开启的，并且在开启偏向锁之后，默认不存在无锁状态，只存在匿名偏向synchronized因为不存在从重量级锁降级到偏向或者是轻量。

synchronized在偏向锁升级到轻量锁时，会涉及到偏向锁撤销，需要等到一个安全点（tw）可以撤销，并发偏向锁撤销比较消耗资源

在程序启动时，偏向锁有一个延迟开启的操作，因为项目启动时，ClassLoader会加载.class文件，这里会涉及到synchronized操作

为了避免启动时，涉及到偏向锁撤销，导致启动效率变慢，所以程序启动时，默认不是开启偏向锁的。

延迟启动时间默认是4。-XX:BiasedLockingStartupDelay=4

如果在开启偏向锁的情况下，查看对象，默认对象是匿名偏向。

重量级锁实现 ObjectMonitor

涉及ObjectMonitor一般是到达了重量级锁才会涉及到。

在到达重量级锁之后，重量级锁的指针会指向ObjectMonitor对象。

 ObjectMonitor() {
    _header       = NULL;
    _count        = 0;     // 抢占锁资源的线程个数
    _waiters      = 0,     // 调用wait的线程个数。
    _recursions   = 0;     // 可重入锁标记，
    _object       = NULL; 
    _owner        = NULL;  // 持有锁的线程
    _WaitSet      = NULL;  // wait的线程  （双向链表）
    _WaitSetLock  = 0 ;
    _Responsible  = NULL ;
    _succ         = NULL ;  // 假定的继承人（锁释放后，被唤醒的线程，有可能拿到锁资源）
    _cxq          = NULL ;  // 挂起线程存放的位置。（单向链表）
    FreeNext      = NULL ;
    _EntryList    = NULL ;  // _cxq会在一定的机制下，将_cxq里的等待线程扔到当前_EntryList里。  （双向链表）
    _SpinFreq     = 0 ;
    _SpinClock    = 0 ;
    OwnerIsThread = 0 ;
    _previous_owner_tid = 0;
  }

偏向锁会降级到无锁状态嘛？怎么降？

会，当偏向锁状态下，获取当前对象的hashcode值，会因为对象头空间无法存储hashcode，导致降级到无锁状态。