synchronized介绍

1、在多线程并发编程中synchronized一直被称为重量级锁,但是随着Java se1.6 对synchronized进行了各种优化后,有些情况下它就并不那么重了。
synchronized实现同步的基础:每个对象都可以作为锁,具体分为三种情况:
对于普通同步方法,锁的是自己实力对象
对于静态同步方法,锁的是当前类的Class对象
对于同步方法快,锁的是synchronized括号里配置的对象
JVM基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步,但是两者实现细节不同:
代码块同步是使用monitorenter和monitorexit指令实现的。
同步方式使用的另一种方法实现。
monitorenter指令是在编译后插入到同步代码块的开始位置,而monitorexit是插入到方法结束处和异常处,JVM要保证每个monitorenter和monitorexit成对出现。任何一个对象都有一个monitor与之关联,当且一个monitor被持有后,它将处于锁定状态。
线程执行到monitorenter指令时,将尝试获得对象所对应的monitor的所有权,即尝试获得对象的锁。
 
2、synchronized用的锁是存在Java对象头里的。如果对象是数组类型的话,则JVM用3个字节存储对象头,如果对象是非数组类型的话,则用2个字节存储对象头。
 
3、锁升级与对比
Java SE1.6为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗,引入了“偏向锁”和“轻量级锁”。
锁一共有四种状态,级别从低到高分别为:无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态。这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。锁可以升级但是不能降级,意味着偏向锁到轻量级锁后不能降级到偏向锁,这种锁升级不能降级的策略,目的是为了提供获得锁和释放锁的效率。
偏向锁:
大多数情况下,锁不但不存在竞争,而且总是由同一线程多次获得,为了让线程获得所得代价更低而引入了偏向锁。
当一个线程访问同步代码块并获取锁时,会在对象的头和栈帧中的锁记录存储锁偏向的线程ID,以后该线程在进入和退出同步代码块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁,只需要简单的测试对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁,如果测试成功,表示线程已经获得锁,如果是失败,则需要在测试一下Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1(标识当前是偏向锁):如果没有设置,则使用CAS竞争锁,如果设置了,则尝试使用CAS将对象头中的偏向锁指向当前线程。
偏向锁的撤销:偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制,所以当其他线程尝试竞争偏向锁时,持有偏向锁的线程才会释放锁。
关闭偏向锁:偏向锁在Java6和7中是默认启用的,可以使用-XX:BiasedLockingStartupDelay=0选项开关闭启动过程中的延期。
轻量级锁
轻量级锁加锁:
线程在执行同步代码块之前,JVM会先在当前线程的栈帧中创建用户存储锁记录的空间,并将对象头的Mark Word复制到锁记录中,官方称为Displaced Mark Word。然后线程尝试使用CAS将对象头中Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功,当前线程获得锁,如果失败,表示其他线程竞争锁,当前线程变尝试使用自旋锁来获得锁。
轻量级锁解锁:
轻量级锁解锁时,会使用原子的CAS操作将Displaced Mark Word替换回到对象头,如果成功,则表示没有竞争发生,如果失败,表示当前锁存在竞争,锁就会膨胀成重量级锁。
 
因为自旋锁会消耗CPU,为了避免无用的自旋,一旦锁升级为重量级锁就不会再恢复到轻量级锁状态。当锁处于这状态时,其他线程试图获得锁时,都会被阻塞,当持有锁的线程释放锁之后会唤醒这些线程,被唤醒的线程就会进行新一轮的夺锁。
优点
缺点
使用场景
偏向锁
加锁和解锁不需要额外的消耗,和执行非同步方法相比仅存在纳秒级的差距
如果线程存在竞争的话会带来额外的锁撤销消耗
适用于只有一个线程访问同步块的场景
轻量级锁
竞争的线程不会阻塞,提高了线程的响应速度
如果始终得不到锁竞争的线程,使用自旋会消耗CPU
追求响应时间,同步代码块执行速度非常快
重量级锁
线程竞争不使用自旋,不会消耗CPU
线程阻塞,响应时间缓慢
追求吞吐量,同步代码块执行速度较长
 
 
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