4.11多线程--Monitor2

• Java 对象头
• Monitor（锁）
  • 原理之 synchronized（4.11多线程--Monitor1）
  • 原理之 synchronized 进阶
    • 1. 轻量级锁
    • 2. 锁膨胀
    • 3. 自旋优化
    • 4. 偏向锁（4.11多线程--Monitor3）

原理之 synchronized 进阶
利用 synchronized 给对象加锁时，关联到的 Monitor 是操作系统提供的，加锁释放锁会消耗性能，java6 之后做了一定改进。

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1. 轻量级锁
2. 锁膨胀
   自旋优化
3. 偏向锁

轻量级锁

使用场景：如果一个对象虽然有多个线程访问，但多个线程的访问时间是错开的（也就是没有竞争），那么可以使用轻量级锁来优化。
轻量级锁对使用者是透明的，语法仍然是 synchronized

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，每个线程的所有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
  1. Object 中包括对象头 和 对象体，对象体中存放对象的成员变量等

  2. Object referrence 存放 obj 对象的引用地址，lock record 存放 obj 的 Mark Word

     
     
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• 让锁记录中 Object reference 指向锁对象，并尝试用 cas 替换 Object 的 Mark Word，将 Mark Word 的值存入锁记录

  1. lock record 地址 00 与 obj 中 Mark Word 互换，00 轻量锁 01无锁

     
     
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• 如果 cas 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，此时图式如下：

  1. 如果 obj 对象中 Mark Word 的锁标记已经是 00 了 ，cas 替换会失败

     
     
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• 导致 cas 失败，有两种情况
  • 如果其他线程已经持有了该 Object 的轻量级锁，这时表名有竞争，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

    
    
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• 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

  
  
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• 当退出 synchronized 代码块（解锁时）锁记录的值不为 null，这时使用 cas 将 Mark Word 的值回复给对象头
  • 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

锁膨胀

如果在尝试加轻量级锁的过程中，cas 操作无法成功，这时一种情况就是其他线程已经为此对象加上了轻量级锁（有竞争），这时需要进行锁膨胀，将轻量级锁升级为重量级锁。

static Object obj = new Object();
public static void method1(){
  synchronied(obj){
    //同步代码块
  }
}

• Thread-0 已经对 obj 加了轻量级锁，Thread-1 再对 obj 对象加轻量级锁 会失败

  1. 轻量级锁没有阻塞概念，重量级锁才有

     
     
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• 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 的 Mark Word 指向重量级锁地址，且锁标识为 10 重量级锁

  • 然后自己进入 Monitor 的 EntryList ，变成 BLOCKED 状态

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

自旋优化（适合多核 CPU）

重量级锁竞争的时候，当新线程执行到 synchronized(obj) 准备进入 Monitor 的 EntryList 时，进行的优化。再自行进行几次尝试，看能不能变成 Owner 自旋成功（即这时持锁线程已经退出同步块，释放锁），新线程就可以避免阻塞，不用发生上下文切换，提高性能。

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• 在 Java6 之后自旋是自适应的，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。
• 自旋会占用 CPU 时间，单核 CPU 自旋就是浪费，多核 CPU 才能发挥优势。
• Java7 之后不能控制是否开启自旋功能