多線程併發編程之Synchronized原理解析

Synchronized原理解析

synchronized(this) {
    i++;
}

思考這三個問題？

1. this對象加鎖的狀態如何記錄？
2. 狀態被記錄到this對象裏面了嗎？
3. 若鎖佔用，線程掛起；釋放鎖時，喚醒掛起的線程，是如何做到的？

堆中對象的存儲

代碼示例：

public class Demo5_main {

    public static void main(String args[]){
        int a = 1;

        Teacher kody = new Teacher();
        kody.stu = new Student();
    }
}

class Teacher{
    String name = "Kody";
    int age = 40;
    boolean gender = true;

    Student stu;
}

class Student{
    String name = "Emily";
    int age = 18;
    boolean gender = false;
}

在JVM中的存儲結構

1. 方法中定義的局部變量都存放在虛擬機棧中的局部變量表，堆中存放的是具體的值，局部變量表通過引用指向堆中的值。
2. 對象中除了存放值外，還存放了對象頭，對象頭指向方法區中具體的類信息，與堆內存中的對象進行綁定
3. 如果新創建了一個String對象（String str = new String(“abc”)），str在局部變量表中通過引用指向堆內存中的引用，堆中的引用再指向方法區中的字符串常量池。

對象頭的概念

對象除了在堆中存儲值外，還開闢了一個內存區域來存放對象頭。

Class Metadata Address：就是通過這個來指向Class對象的

Array Length：數組對象的長度就存放在這裏

Mark Word：用來存放對象鎖的信息，長度爲32位或64位

Mark Word

Unlocked : 未鎖定

Light-weight locked : 輕量級鎖

Heavy-weight locked : 重量級鎖

輕量級加鎖過程原理分析

1. 線程進行鎖的爭搶，會在線程獨佔內存開闢一個Lock Record（鎖記錄空間），會將對象的Mark Word（最開始的未鎖定狀態 hashcode|age|0），拷貝到Lock Record中
2. Lock Record 會用**CAS（Hashcode|age|0, Lock record address）**操作對Mark Word進行更改，只有一個線程會成功修改成功，另一個CAS失敗，進行自旋
3. 棧幀中的Lock Record內存中還有個owner，指向堆中對象的Mark Word，Mark Word也會指向這個owner，表示現在哪個線程佔有了這把鎖
4. 當自旋達到一定次數，或者這個時候第三個線程又來爭搶鎖，鎖就會升級爲重量級鎖。（自旋是一個很消耗性能的操作）

重量級鎖加鎖原理分析

1. 重量級鎖是對jvm底層的對象監視器（ObjectMonitor）來實現的，ObjectMonitor用C++來實現的
2. owner ：用來存放搶鎖成功的線程
3. entryList：阻塞池，搶鎖失敗的線程會進入到裏面，這裏面的線程狀態爲Blocking
4. waitSet：等待池，調用wait()方法就會進入到裏面，線程狀態爲waitting，進入等待池會釋放鎖
5. count：synchronized是一個可重入鎖，用來記錄重入的次數
6. 只有拿到對象的鎖，才能調用notify()喚醒等待池中的線程，喚醒的線程不一定會拿到鎖，所以synchronized是一個非公平鎖

通過這個原理我們可以更加深入的理解線程的6種狀態，以及調用wait()和notify()方法爲何必須要拿到對象的鎖