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文档简介
第Javasynchronized底层的实现原理目录监视器底层实现执行流程总结前言:
想了解synchronized是如何运行的?就要先搞清楚synchronized是如何实现?synchronized同步锁是通过JVM内置的Monitor监视器实现的,而监视器又是依赖操作系统的互斥锁Mutex实现的,那接下来我们先来了解一下监视器。
监视器
监视器是一个概念或者说是一个机制,它用来保障在任何时候,只有一个线程能够执行指定区域的代码。
一个监视器像是一个建筑,建筑里有一个特殊的房间,这个房间同一时刻只能被一个线程所占有。一个线程从进入该房间到离开该房间,可以全程独占该房间的所有数据。进入该建筑叫做进入监视器(enteringthemonitor),进入该房间叫做获得监视器(acquiringthemonitor),独自占有该房间叫做拥有监视器(owningthemonitor),离开该房间叫做释放监视器(releasingthemonitor),离开该建筑叫做退出监视器(exitingthemonitor)。
严格意义来说监视器和锁的概念是不同的,但很多地方也把二者相互指代。
底层实现
下面我们在代码中添加一个synchronized代码块,来观察一下它在字节码层面是如何实现的?
示例代码如下:
publicclassSynchronizedToMonitorExample{
publicstaticvoidmain(String[]args){
intcount=0;
synchronized(SynchronizedToMonitorExample.class){
for(inti=0;ii++){
count++;
System.out.println(count);
}
当我们将上述代码编译成字节码之后,得到的结果是这样的:
从上述结果我们可以看出,在main方法中多了一对monitorenter和monitorexit的指令,它们的含义是:
monitorenter:表示进入监视器。monitorexit:表示退出监视器。
由此可知synchronized是依赖Monitor监视器实现的。
执行流程
在Java中,synchronized是非公平锁,也是可以重入锁。所谓的非公平锁是指,线程获取锁的顺序不是按照访问的顺序先来先到的,而是由线程自己竞争,随机获取到锁。可重入锁指的是,一个线程获取到锁之后,可以重复得到该锁。这些内容是理解接下来内容的前置知识。在HotSpot虚拟机中,Monitor底层是由C++实现的,它的实现对象是ObjectMonitor,ObjectMonitor结构体的实现如下:
ObjectMonitor::ObjectMonitor(){
_header=NULL;
_count=0;
_waiters=0,
_recursions=0;//线程的重入次数
_object=NULL;
_owner=NULL;//标识拥有该monitor的线程
_WaitSet=NULL;//等待线程组成的双向循环链表,_WaitSet是第一个节点
_WaitSetLock=0;
_Responsible=NULL;
_succ=NULL;
_cxq=NULL;//多线程竞争锁进入时的单向链表
FreeNext=NULL;
_EntryList=NULL;//_owner从该双向循环链表中唤醒线程结点,_EntryList是第一个节点
_SpinFreq=0;
_SpinClock=0;
OwnerIsThread=0;
}
在以上代码中有几个关键的属性:
_count:记录该线程获取锁的次数(也就是前前后后,这个线程一共获取此锁多少次)。_recursions:锁的重入次数。_owner:TheOwner拥有者,是持有该ObjectMonitor(监视器)对象的线程;_EntryList:EntryList监控集合,存放的是处于阻塞状态的线程队列,在多线程下,竞争失败的线程会进入EntryList队列。_WaitSet:WaitSet待授权集合,存放的是处于wait状态的线程队列,当线程执行了wait()方法之后,会进入WaitSet队列。
监视器执行的流程如下:
线程通过CAS(对比并替换)尝试获取锁,如果获取成功,就将_owner字段设置为当前线程,说明当前线程已经持有锁,并将_recursions重入次数的属性+1。如果获取失败则先通过自旋CAS尝试获取锁,如果还是失败则将当前线程放入到EntryList监控队列(阻塞)。当拥有锁的线程执行了wait方法之后,线程释放锁,将owner变量恢复为null状态,同时将该线程放入WaitSet待授权队列中等待被唤醒。当调用notify方法时,随机唤醒WaitSet队列中的某一个线程,当调用notifyAll时唤醒所有的WaitSet中的线程尝试获取锁。线程执行完释放了锁之后,会唤醒EntryList中的所有线程尝试获取锁。
以上就是监视器的执行流程,执行流程如下图所示:
总结
synchronized同步锁是通过JVM内置的Monitor监视器实现的,而监视器又是依赖操作系统的互斥锁Mutex实现的。JVM监视器的执行流程是:线程先通过自旋CAS的方式尝试获取锁,如果获取失败就进入
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