基本概念
- 线程安全问题三个要素：多线程、共享资源、非原子性操作；
- 产生的根本原因：多条线程同时对一个共享资源进行非原子性操作；
Synchronized解决线程安全问题的方式：通过互斥锁将多线程的并行执行变为单线程串行执行，同一时刻只让一条线程执行，也就是当多条线程同时执行一段被互斥锁保护的代码（临界资源）时，需要先获取锁，这时只会有一个线程获取到锁资源成功执行，其他线程将陷入等待的状态，直到当前线程执行完毕释放锁资源之后，其他线程才能执行；Synchronized可以保证可见性和有序性，但无法禁止指令重排序；
Synchronized锁粒度及应用方式
Synchronized锁的三种粒度
- 锁粒度：
synchronized本质上是通过对象来加锁的，根据不同的对象类型可分为不同的锁粒度；this锁：当前实例锁；object锁：对象实例锁；class锁：对象锁；
应用方式
-
修饰实例成员方法：使用的是
this锁类型，这个this代表的是当前new出来的对象；synchronized void method() {//业务代码 } -
修饰静态成员方法：使用的是
this锁类型，但由于静态成员属于类对象，所以这个this代表的是class对象；synchronized static void method() {//业务代码 } -
修饰代码块：修饰代码块时，可以指定锁对象，可以将任意
class类对象做为锁资源；synchronized(SyncIncrDemo.class) {//业务代码 }-
使用
String对象加锁：因为修饰代码块时，可以将任意class类对象做为锁资源，而JAVA中字符串是以Sting对象存储使用的，并且在JVM里有个字符串常量池，用于存储字符串，那么相同值的字符串变量的引用地址可以是同一个，基于这个特性我们可以将synchronized锁粒度变细；如：将每一个订单的ID转化为字符串然后进行加锁，这样就能降低锁粒度提高系统并发，但在加锁时需要考虑加锁的
String对象是不是同一个，需要考虑String对象使用的是堆中对象还是字符串常量池中的对象，若是堆中对象需要使用.intern()将堆中对象刷入字符串常量池中；/*** @author xrl* @date 2024/6/25 22:47*/ public class Demo1 {public static void main(String[] args) {new Thread(() ->t1(111L), "AAA").start();new Thread(() ->t2(111L), "BBB").start();new Thread(() -> t2(111L), "CCC").start();}public static void t1(Long orderId){// 不能使用 String lock = orderId + "; 原因是orderId是入参，而方法可能在多个地方调用// 所以编译器不会使用常量折叠技术对其进行优化，编译后的代码会被转化为new StringBuilder().append(orderId).append("").toString()String lock = new String(orderId + "").intern();synchronized (lock){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到锁");try {System.out.println("t1业务执行");Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放锁");}}public static void t2(Long orderId){String lock = new String(orderId + "").intern();synchronized (lock){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到锁");try {System.out.println("t2业务执行");Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放锁");}} }
-
实现原理
Synchronized是基于Monitor（管程）对象实现的；- 获取锁：进入管程对象（显式型：
monitorenter指令）； - 释放锁：退出管程对象（显示型：
monitorexit指令）；
- 获取锁：进入管程对象（显式型：
synchronized修饰方法使用时是隐式同步的，是通过调用指令，读取运行时常量池中的方法ACC_SYNCHRONIZED标识实现的，也就无法通过javap反编译看到进入/退出管程对象的指令；
JAVA对象的内存布局
-
分为三个区域：对象头、实例数据、对齐填充；
-
对象头：存储
MarkWord和类型指针（ClassMetadataAddress/KlassWord）；如果为数组对象，还会存数组长度（ArrayLength）-
主要包含：
unused未使用的空间、HashCode、age分代年龄、biased_lock是否偏向锁、lock锁标记位、ThreadID持有偏向锁的线程ID、epoch偏向锁时间戳、ptr_to_lock_record指向线程本地栈中lock_record的指针、ptr_to_heavyweight_monitor指向堆中monitor对象的指针； -
64位系统中
MarkWord结构
-
-
实例数据：存放当前对象的属性成员信息，以及父类属性成员信息；
-
对齐填充：虚拟机要求对象起始地址必须是
8byte的整数倍，避免减少堆内存的碎片空间，并且方便操作系统读取；
-
monitor对象
-
概念：
monitor本质是一个特殊的对象，存在于堆中，并且是线程私有的- 每个
java对象都存在一个monitor对象与之关联，当一个monitor被某个线程持有后，便会处于锁定状态；由ObjectMonitor实现，具体代码位于HotSpot源码的ObjectMonitor.hpp文件中；
-
与线程之间的关联：每个线程都有一个可用的
monitor record列表，同时也存在一个全局的可用列表，每一个锁住的对象，都会和monitor关联（对象头的MarkWord中的ptr_to_heavyweight_monitor，指向monitor的起始地址）,同时monitor中有一个Owner字段，存放拥有该锁的线程唯一标识，表示该锁被这个线程占用； -
内部结构：
Contention List：竞争队列，**存放所有请求锁的线程（**后续1.8版本中的_cxq）；Entry List：一个双向链表，存放Contention List中有资格成为候选资源的线程；Wait Set：哈希表，调用Object.wait()方法后，被阻塞的线程被放置在这里；OnDeck：任意时刻，最多只有一个线程正在竞争锁资源，该线程被称为OnDeck；Owner：拥有这个monitor record线程的唯一标识，为NULL说明没有被占用；!Owner：当前释放锁的线程；RcThis：表示blocked阻塞或waiting等待在该monitor record上的线程个数；Nest：用来实现重入锁的计数。Candidate：用来避免不必要的阻塞或等待线程唤醒，因为每一次只有一个线程能够成功拥有锁，如果每次前一个释放锁的线程，唤醒所有正在阻塞或等待的线程，会引起不必要的上下文切换（从阻塞到就绪，然后因为竞争锁失败又被阻塞），从而导致性能严重下降。Candidate只有两种可能的值，0表示没有需要唤醒的线程；1表示要唤醒一个继任线程来竞争锁；HashCode：保存从对象头拷贝过来的HashCode值（可能还包含GC age）。EntryQ：关联一个系统互斥锁（semaphore），阻塞所有试图锁住monitor record失败的线程；
-
使用流程：
- 每个获取锁或等待锁的线程都会被封装成
ObjectWaiter对象； Monitor有两个队列_WaitSet和_EntryList，用来保存ObjectWaiter对象列表；- 当多个线程同时访问一段同步代码时，获取到锁的对象会进入到
_owner区域，并将owner变量设置为当前线程的唯一标识，同时nest计数器加1，没有获取到锁的对象会加入_EntryList队列中等待； - 若线程调用
Object.wait()方法，会释放当前持有的monitor，owenr变量回复为null，同时nest计数器减1，并将线程放入到waitSet集合中等待被唤醒； - 当调用
Monitor对象的notify()或notifyAll()方法来唤醒WaitSet中的等待线程时，会将等待线程移动到EntryList队列中等待获取锁的机会；
- 每个获取锁或等待锁的线程都会被封装成
修饰代码块的原理
-
反编译代码：
-
源代码：
public class SyncDemo{int i;public void incr(){synchronized(this){i++;}} } -
字节码，
javac SyncDemo.javajavap -p -v -c SyncDemo.class：Classfile /Users/xrl/nacos/SyncDemo.classLast modified 2024-5-16; size 388 bytesMD5 checksum 0c87d23a96c5f67c7d97908dbd338f95Compiled from "SyncDemo.java" public class SyncDemominor version: 0major version: 52flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER Constant pool:#1 = Methodref #4.#18 // java/lang/Object."<init>":()V#2 = Fieldref #3.#19 // SyncDemo.i:I#3 = Class #20 // SyncDemo#4 = Class #21 // java/lang/Object#5 = Utf8 i#6 = Utf8 I#7 = Utf8 <init>#8 = Utf8 ()V#9 = Utf8 Code#10 = Utf8 LineNumberTable#11 = Utf8 incr#12 = Utf8 StackMapTable#13 = Class #20 // SyncDemo#14 = Class #21 // java/lang/Object#15 = Class #22 // java/lang/Throwable#16 = Utf8 SourceFile#17 = Utf8 SyncDemo.java#18 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V#19 = NameAndType #5:#6 // i:I#20 = Utf8 SyncDemo#21 = Utf8 java/lang/Object#22 = Utf8 java/lang/Throwable {int i;descriptor: Iflags:public SyncDemo();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLICCode:stack=1, locals=1, args_size=10: aload_01: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V4: returnLineNumberTable:line 1: 0/*-------synchronized修饰incr()中代码块，反汇编之后得到的字节码文件--------*/public void incr();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLICCode:stack=3, locals=3, args_size=10: aload_01: dup2: astore_13: monitorenter // monitorenter进入同步4: aload_05: dup6: getfield #2 // Field i:I9: iconst_110: iadd11: putfield #2 // Field i:I14: aload_115: monitorexit // monitorexit退出同步16: goto 2419: astore_220: aload_121: monitorexit // monitorexit退出同步22: aload_223: athrow24: returnException table:from to target type4 16 19 any19 22 19 anyLineNumberTable:line 5: 0line 6: 4line 7: 14line 8: 24StackMapTable: number_of_entries = 2frame_type = 255 /* full_frame */offset_delta = 19locals = [ class SyncDemo, class java/lang/Object ]stack = [ class java/lang/Throwable ]frame_type = 250 /* chop */offset_delta = 4 }
-
-
从字节码中可知，
synchronized修饰代码块，是基于进入管程monitorenter和退出管程monitorexit指令实现的，其中monitorenter指令指向同步代码块的开始位置，monitorexit指令则指明同步代码块的结束位置；
有两条monitorexit指令的原因是解决方法异常结束时，锁释放问题；
修饰方法的原理
-
反编译代码：
-
源代码：
public class SyncDemo {int i;public synchronized void incr() {i++;} } -
字节码：
Classfile /Users/xrl/nacos/SyncDemo.classLast modified 2024-5-16; size 388 bytesMD5 checksum 0c87d23a96c5f67c7d97908dbd338f95Compiled from "SyncDemo.java" public class SyncDemominor version: 0major version: 52flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER Constant pool:#1 = Methodref #4.#18 // java/lang/Object."<init>":()V#2 = Fieldref #3.#19 // SyncDemo.i:I#3 = Class #20 // SyncDemo#4 = Class #21 // java/lang/Object#5 = Utf8 i#6 = Utf8 I#7 = Utf8 <init>#8 = Utf8 ()V#9 = Utf8 Code#10 = Utf8 LineNumberTable#11 = Utf8 incr#12 = Utf8 StackMapTable#13 = Class #20 // SyncDemo#14 = Class #21 // java/lang/Object#15 = Class #22 // java/lang/Throwable#16 = Utf8 SourceFile#17 = Utf8 SyncDemo.java#18 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V#19 = NameAndType #5:#6 // i:I#20 = Utf8 SyncDemo#21 = Utf8 java/lang/Object#22 = Utf8 java/lang/Throwable {int i;descriptor: Iflags:public SyncDemo();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLICCode:stack=1, locals=1, args_size=10: aload_01: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V4: returnLineNumberTable:line 1: 0public void incr();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLICCode:stack=3, locals=3, args_size=10: aload_01: dup2: astore_13: monitorenter4: aload_05: dup6: getfield #2 // Field i:I9: iconst_110: iadd11: putfield #2 // Field i:I14: aload_115: monitorexit16: goto 2419: astore_220: aload_121: monitorexit22: aload_223: athrow24: returnException table:from to target type4 16 19 any19 22 19 anyLineNumberTable:line 5: 0line 6: 4line 7: 14line 8: 24StackMapTable: number_of_entries = 2frame_type = 255 /* full_frame */offset_delta = 19locals = [ class SyncDemo, class java/lang/Object ]stack = [ class java/lang/Throwable ]frame_type = 250 /* chop */offset_delta = 4 } SourceFile: "SyncDemo.java" xrl@xrldeMacBook-Air nacos % open 。/ The file /Users/xrl/nacos/。 does not exist. xrl@xrldeMacBook-Air nacos % open ./ xrl@xrldeMacBook-Air nacos % javac SyncDemo.java xrl@xrldeMacBook-Air nacos % javap -p -v -c SyncDemo.class Classfile /Users/xrl/nacos/SyncDemo.classLast modified 2024-5-16; size 276 bytesMD5 checksum ef45d44f86eef93281fefeda549e1283Compiled from "SyncDemo.java" public class SyncDemominor version: 0major version: 52flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER Constant pool:#1 = Methodref #4.#14 // java/lang/Object."<init>":()V#2 = Fieldref #3.#15 // SyncDemo.i:I#3 = Class #16 // SyncDemo#4 = Class #17 // java/lang/Object#5 = Utf8 i#6 = Utf8 I#7 = Utf8 <init>#8 = Utf8 ()V#9 = Utf8 Code#10 = Utf8 LineNumberTable#11 = Utf8 incr#12 = Utf8 SourceFile#13 = Utf8 SyncDemo.java#14 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V#15 = NameAndType #5:#6 // i:I#16 = Utf8 SyncDemo#17 = Utf8 java/lang/Object {int i;descriptor: Iflags:public SyncDemo();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLICCode:stack=1, locals=1, args_size=10: aload_01: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V4: returnLineNumberTable:line 1: 0public synchronized void incr();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZEDCode:stack=3, locals=1, args_size=10: aload_01: dup2: getfield #2 // Field i:I5: iconst_16: iadd7: putfield #2 // Field i:I10: returnLineNumberTable:line 5: 0line 6: 10 }
-
-
由字节码可知
synchronized修饰的方法，并没有出现monitorenter指令和monitorexit指令，取得代之的是：在flags: ACC_PUBLIC之后增加了一个ACC_SYNCHRONIZED标识。这个标识指明了当前方法是一个同步方法，JVM通过这个ACC_SYNCHRONIZED访问标志，来辨别一个方法是否为同步方法，从而执行相应的同步调用；
JVM对synchronized的优化
锁状态
JDK1.6之后，synchronized锁的状态总共有四种：无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁；随着线程的竞争，锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级的重量级锁，但是锁的升级一般是单向的，也就是说只能从低到高升级，通常不会出现锁的降级（只针对用户线程，在STW可能会发生锁降级）。
无锁状
new一个对象时，会默认启动匿名偏向锁，但为了避免JVM在启动阶段大量创建对象，从而导致偏向锁竞争过多影响性能，则在JVM启动阶段会次用延迟偏向锁策略，也就是等待一定时间后再开启偏向锁，默认为4秒，可通过-XX:BiasedLockingStartupDelay = xx设置；- 对于一个新创建的对象，由于在没有成为真正偏向锁之前，对象头
markword中的线程ID会一直为空，这种被称为概念上的无锁对象，但markword的锁标识为101；
偏向锁
- 为了减少同一线程获取锁的代价，如
CAS操作带来的耗时等； - 核心思想：如果一个线程获得了锁，那么锁就进入偏向模式，此时
Mark Word的结构也变为偏向锁结构，当这个线程再次请求锁时，无需再做任何同步操作； - 操作流程：
Load-and-test，就是简单判断一下当前线程id是否与Markword中的线程id是否一致；- 如果一致，则说明此线程持有的偏向锁，没有被其他线程覆盖，直接执行后续代码；
- 如果不一致，则要检查一下对象是否还属于可偏向状态，即检查“是否偏向锁”标志位；
- 如果还未偏向，则利用
CAS操作来竞争锁，再次将ID放进去，即重复第一次获取锁的动作；
- 偏向锁主要是在锁竞争不激烈的场合对性能的提升，但是对于锁竞争比较激烈的场合，偏向锁作用就很小了，甚至成为累赘，可以通过
XX:-UseBiasedLocking命令关闭；
撤销过程
- 在一个安全点停止拥有锁的线程；
- 遍历线程栈，如果存在锁记录的话，需要修复锁记录和
Markword，使其变成无锁状； - 唤醒当前线程，将当前锁升级成轻量级锁；
膨胀过程
- 当首个线程进程尝试获取锁时，会通过
CAS操作，将自己的threadID设置到MarkWord中，如果设置成功，则证明拿到偏向锁； - 当线程再次尝试获取锁时，发现自己的线程ID和对象头中的偏向线程ID一致，则在当前线程栈的
lock record锁记录中添加一个空的Displaced Mark Word（表示的是原先持有偏向锁的线程ID和相关信息被移动到哪里的标记），并不需要CAS操作； - 重新偏向，当其他线程进入同步块时，发现偏向线程不是自己，则进入偏向锁撤销的逻辑；当达到全局安全点时，如果发现偏向线程挂了，那就把偏向锁撤销，并将对象头内的
MarkWord修复为无锁状态，自己尝试获取偏向锁； - 可如果原本的偏向线程还存活，重新偏向失败后，锁开始膨胀为轻量级锁，原来的线程仍然持有锁；
轻量级锁
锁膨胀过程
- 根据
markWork判断是否有线程持有锁，如果有则在当前线程栈中创建一个lock record复制markWord，并通过CAS将当前线程栈的lock record地址放入对象头中，如果成功则说明获取到轻量级锁； - 如果失败则说明锁已经被其他线程持有了，此时记录线程的重入次数（把
ock record的markword设置为null），并进入自适应自旋； - 如果自旋到一定的次数后还未获取到锁，则说明目前竞争较重，则膨胀为重量级锁；
自旋
- 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，那么该线程将循环等待，然后不断的判断锁是否能够被成功获取，直到获取到锁才会退出循环；
- 存在的问题：
- 若加锁代码执行慢或锁竞争激烈，则需要等待较长时间，会导致CPU空转，消耗大量CPU资源；
- 非公平锁，若存在多个线程自旋等待同一把锁，可能对导致有些线程一致获取不到锁；
- 解决办法：通过
-XX:PreBliockSpin给线程空循环设置一个次数，默认是10次，或者自旋线程数超过CPU核数的一半时，锁会再次膨胀升级为重量级锁；
- 存在的问题：
- 自适应自旋锁：线程空循环次数不固定，而是会根据实际情况动态调整；
- 在大部分情况下，已经获取到锁的线程再次尝试获取锁，大概率能成功拿到该锁，所以虚拟机会延长这个线程的自旋次数；
重量级锁
- 当出现较大竞争锁膨胀为重量级锁时，对象头的
markword指向堆中的monitor，此时线程会封装为一个ObjectWaiter对象，并插入到monitor的_cxq竞争队列中然后挂起线程，等待锁释放； - 当持有锁的线程释放后，会将
_cxq竞争队列中的ObjectWaiter对象，移到EntryList中，并随机挑选一个对象也就是一个线程唤醒，被选中的线程称之为Heir Presumptive假定继承人，之后Heir Presumptive会去尝试获取锁，但在这段期间其他线程页可能尝试获取锁，所以Heir Presumptive不一定可以获取到锁，当没有获取到锁后那么它会退回到等待队列中，成为EntryList中的最后一个对象； - 当线程获取到锁后，调用
Object.wait()方法后，会将线程加入到WaitSet中，当被Object.notify()唤醒后，会将线程从WaitSet移动到_cxq或EntryList中去，并且由于Object.wait()、Object.notify()方法主要依赖于Monitor对象实现的，所以锁对象调用这两个方法时的锁状态如果为偏向锁或轻量级锁，则会先膨胀成重量级锁；
锁膨胀过程
- 无锁态：
JVM启动后-XX:BiasedLockingStartupDelay（默认四秒）内的普通对象和四秒后的匿名偏向锁对象； - 偏向锁：只有一个线程进入临界区；
- 偏向锁未开启：直接膨胀为轻量级锁；
- 将
MarkWord中锁标识位信息除外的其他所有信息copy到自己的栈内存的Lock Record中，再尝试通过CAS将MarkWord中的ptr_to_lock_record指向自己的栈内Lock Record，替换成功则获取到锁，没有则继续自旋；
- 将
- 匿名偏向锁：
- 将
MarkWord中锁标识位信息除外的其他所有信息copy到自己的栈内存的Lock Record中，并尝试通过CAS将自己的线程ID设置到MarkWord中；这个线程，后续再次使用这个锁时，无需进行加锁和锁释放操作，只需要在Lock Record添加一个空的MarkWord； - 重新偏向：当尝试获取锁时，发现线程ID与
MarkWord中记录的线程ID不相同，则进入偏向锁撤销的逻辑；当达到全局安全点时，发现之前持有锁的线程执行完毕，则会发生偏向锁撤销（清除锁记录回归无锁态），然后线程可以通过CAS将自己重新设置到MarkWord中 - 重新偏向失败：锁膨胀为轻量级锁，尝试通过
CAS将MarkWord中的ptr_to_lock_record指向自己的栈内Lock Record，替换成功则获取到锁，没有则继续自旋；
- 将
- 调用
Object.wait()方法，直接膨胀为重量级锁；
- 偏向锁未开启：直接膨胀为轻量级锁；
- 轻量级锁：多个线程交替进入临界区：
- 当出现重度竞争、耗时过长、自旋过多等情况时会膨胀为重量级锁；
- 自旋线程数超过
CPU核数的一半； - 自旋超过
-XX:PreBliockSpin默认10次；
- 自旋线程数超过
- 调用
Object.wait()方法，直接膨胀为重量级锁；
- 当出现重度竞争、耗时过长、自旋过多等情况时会膨胀为重量级锁；
- 重量级锁：多个线程同时进入临界区；
锁状态的内存布局分析
-
引入架包：
<dependency><groupId>org.openjdk.jol</groupId><artifactId>jol-core</artifactId><version>0.16</version> </dependency> -
MarkWord结构：
-
运行代码：
package com.xrl.test;import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;/*** @version [v1.0]* @author: [xrl]* @create: [2024/05/21 16:14]**/ public class ObjectHead {public String str;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {/**无锁态：虚拟机刚启动时 new 出来的对象处于无锁状态**/ObjectHead obj = new ObjectHead();System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());/**com.xrl.test.ObjectHead object internals:OFF SZ TYPE DESCRIPTION VALUE0 8 (object header: mark) 0x0000000000000001 (non-biasable; age: 0) // 对象头 non-biasable （转化为二进制最后三位表示，锁标志位状态：001）8 4 (object header: class) 0xf800c105 // ClassPointer指针12 4 java.lang.String ObjectHead.str null // 成员变量Instance size: 16 bytes // 共占用16个字节Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total*//**轻量级锁：对于真正的无锁态对象obj加锁之后的对象处于轻量级锁状态**/synchronized (obj) {// 查看对象内部信息System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());/**com.xrl.test.ObjectHead object internals:OFF SZ TYPE DESCRIPTION VALUE0 8 (object header: mark) 0x0000000309dcd9d8 (thin lock: 0x0000000309dcd9d8) // （转化为二进制最后三位表示，锁标志位状态：000）8 4 (object header: class) 0xf800c10512 4 java.lang.String ObjectHead.str nullInstance size: 16 bytesSpace losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total*/}/**匿名偏向锁：休眠4S后再创建出来的对象处于匿名偏向锁状态**/Thread.sleep(4000);ObjectHead obj1 = new ObjectHead();System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj1).toPrintable());/**com.xrl.test.ObjectHead object internals:OFF SZ TYPE DESCRIPTION VALUE0 8 (object header: mark) 0x0000000000000005 (biasable; age: 0) //（转化为二进制最后三位表示，锁标志位状态：101）8 4 (object header: class) 0xf800c10512 4 java.lang.String ObjectHead.str nullInstance size: 16 bytesSpace losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total*//**重量级锁：调用wait方法之后锁对象直接膨胀为重量级锁状态**/new Thread(() -> {try {obj.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}).start();Thread.sleep(1);synchronized (obj) {// 查看对象内部信息System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());/*** com.xrl.test.ObjectHead object internals:* OFF SZ TYPE DESCRIPTION VALUE* 0 8 (object header: mark) 0x00007fe748016c0a (fat lock: 0x00007fe748016c0a) （转化为二进制最后三位表示，锁标志位状态：010）* 8 4 (object header: class) 0xf800c105* 12 4 java.lang.String ObjectHead.str null* Instance size: 16 bytes* Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total*/}} } /*** 抛出异常原因：违法的监控状态异常。当某个线程试图等待一个自己并不拥有的对象（Obj）的监控器或者通知其他线程等待该对象（Obj）的监控器时，抛出该异常* Exception in thread "Thread-1" java.lang.IllegalMonitorStateException* at java.lang.Object.wait(Native Method)* at java.lang.Object.wait(Object.java:502)* at com.xrl.test.ObjectHead.lambda$main$0(ObjectHead.java:53)* at java.lang.Thread.run(Thread.java:750)*/
同步消除
- Java虚拟机在编译代码时，通过会对运行上下文进行扫描，从而去除不可能存在共享资源竞争的锁，通过这种方式消除没有必要的锁，可以节省毫无意义的获取锁开销；
锁的可重入
-
一个线程获得一个对象锁后，运行他再次请求该对象锁；
-
synchronized是基于monitor实现的，每次重入monitor中的计数器会加一； -
当子类继承父类时，子类可以通过可重入锁，调用父类的同步方法；
class Parent {public synchronized void parentMethod() {System.out.println("Parent method");} }class Child extends Parent {public synchronized void childMethod() {System.out.println("Child method");parentMethod(); // 在子类中调用父类的同步方法} }public class Main {public static void main(String[] args) {Child child = new Child();child.childMethod();} }
其他机制
等待/唤醒机制
wait()、notify()、notifyAll()这三个方法在使用时，必须处在synchronized代码块或方法中，否则会抛出IllegalMonitorStateException异常，这是由于这三个方法都依赖于monitor对象实现这也是三个方法处在Object对象中的原因，而synchronized关键字决定着一个JAVA对象会不会生成monitor对象；wait()、sleep()方法的区别：wait()方法会释放当前持有的锁，并将线程移入waitSet中；sleep()方法只会让线程休眠并不会释放锁（类似于执行for(;;){}死循环）；
线程中断机制
-
JDK1.2遗弃Thread.stop()后，JAVA就没有提供强制性停止执行中线程的方法，而是提供了协调式的方式；//中断线程（实例方法） public void Thread.interrupt(); //判断线程是否被中断（实例方法） public boolean Thread.isInterrupted(); //判断是否被中断并清除当前中断状态（静态方法） public static boolean Thread.interrupted(); -
使用：我们可以通过调用
Thread.interrupt()来进行线程中断，但由于线程中断是协调式的，所以他并不会去停止线程，而是需要我们手动进行中断检测并结束线程；并且当线程处于阻塞状态或者尝试执行一个阻塞操作时，我们调用线程中断方法，执行中断操作后会抛出InterruptedException异常；public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(){@Overridepublic void run(){try {// 判断当前线程是否已中断,执行后会对中断状态进行复位while (!Thread.interrupted()) {System.out.println("1111");// 线程阻塞，抛出异常// TimeUnit.SECONDS.sleep(1);}System.out.println("线程中断");// 输出false 说明中断状态复位System.out.println(this.isInterrupted());} catch (Exception e) {System.out.println(e);}}};t1.start();TimeUnit.SECONDS.sleep(2);// 中断线程t1.interrupt();} -
synchronized与线程中断：对于synchronized而言，一个线程的执行只有两种状态，一种是获取了锁正在执行，一种是没获取到锁在阻塞额等待；那么他们即使调用中断线程的方法，也不会生效；
synchronized为什么不禁止指令重排序
synchronized是通过互拆锁的方式来保证线程安全的，它的本质是将多线程并行执行变成单线程的串行执行，而指令重排序可能导致的问题是多线程环境程序乱序执行的问题，所以指令重排序对synchronized而言并不会存在乱序问题，反而可以提升串行执行时的性能；
synchronized性能不佳的原因
synchronized是基于进入和退出Monitor管程实现的，而Monitor底层时依赖于操作系统的Mutex Lock，所以在其获取锁或者释放锁的时候都需要经过操作系统的调用，会涉及到频繁的用户态与内核态之间的切换，从而导致性能不佳；- 但在并发竞争不高的情况下，由于
synchronized几种锁状态、锁消除等技术的优化，synchronized性能并不差；
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