多线程并发编程之Java锁相关

1 Java中锁的概念

独享锁：写锁，获得锁的线程可以修改资源，其它线程不能加锁。
共享锁：读锁，获得锁的线程只读不写，其它线程可以加读锁，不能加写锁。

乐观锁：假定没有发生冲突，如果获取的数据与之前的数据不一致，则读取最新数据；乐观锁一般会采用版本号机制或CAS算法实现。
悲观锁：假定会发生冲突，一开始就不信任对方，从读数据开始就上锁，所有对数据的操作都进行同步。Synchronized和ReentrantLock就是典型的悲观锁。

可重入锁：线程获得锁后，可以进入同一把锁同步的其它代码。
自旋锁：是指当一个线程在获取锁的时候，如果锁已经被其它线程获取，那么该线程就循环等待，不断请求锁直至锁被释放获得锁，才会退出循环，CAS就是典型的自旋锁，自旋会有次数限制，超过次数就升级锁。

2 同步关键字Synchronized

1. 用于实例方法和代码块，锁的是实例对象
2. 用于静态方法，锁的是Class类对象
3. 锁的作用域：对象锁、类锁、分布式锁，Synchronized只能作为对象锁或类锁

根据JVM规范描述的实现原理，代码块同步是使用monitorenter和monitorexit指令实现的，方法同步同样可以通过这两个指令实现。

synchronized(this){
	i++;
}

我们经常可以看到类似上面这样的代码，这时synchronized是作为对象锁，锁住的是java对象，那么请思考下面几个问题

1. 加锁的状态如何记录？
2. 锁状态会被保存到java对象中吗？
3. jvm是如何做到根据锁状态来进行线程挂起和唤醒的？

假装思考了几十秒后，下面开始揭晓答案

• 对象头
  • Mark Word：加锁状态会被记录在这块内存区域
  • Class Meta Address：指向方法区中存放该对象类信息的地址
  • Array Length：如果是数组对象，则会记录数组长度
• 成员变量
• 填充字节，视32位或64位系统而定

下面具体讲解对象头中的Mark Word

	锁标志位(2bit)	锁状态
对象哈希码、分代年龄(4bit)、是否偏向锁(1bit)	01	无锁
偏向的线程ID、分代年龄(4bit)、是否偏向锁(1bit)	01	偏向锁
指向虚拟机栈中锁记录的指针	00	轻量级锁
Monitor监视器地址	10	重量级锁
空	11	GC标记

3 偏向锁及锁的升级过程

偏向锁：HotSpot作者研究发现，在大多数情况下是不存在锁竞争的，常常是一个线程多次获得同一把锁，因此为了降低获得锁的成本，引入了偏向锁；以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁。
在JDK6以后，默认已经开启了偏向锁这个优化，通过JVM参数-XX:-UseBiasedLocking来禁用偏向锁

轻量级锁：竞争锁的线程不会挂起阻塞，而是进入自旋(CPU空转消耗CPU资源)，自旋一定次数，就会升级锁。
重量级锁：多个线程争抢锁，一个线程获得锁，其它线程挂起阻塞。

默认:是

否

锁定

释放偏向锁

锁竞争 : 锁升级

锁升级

锁竞争 : 获取轻量级锁

对象

是否开启偏向锁

未锁定

关闭偏向锁

偏向锁锁定 : ThreadID

轻量级锁锁定 : 自旋抢锁

重量级锁锁定 : Monitor地址

参考文章

大白话聊聊Java并发面试问题之Java 8如何优化CAS性能？【石杉的架构笔记】
Java锁—偏向锁、轻量级锁、自旋锁、重量级锁
网易云课堂《Java高级开发工程师》

结语

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