Javasynchronized底层的实现原理

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