java synchronized

认识synchronized之前我们先看看其他的相关知识:


用户态与内核态

JDK早期,synchronized 叫做重量级锁(用户态), 因为申请锁资源必须通过kernel, 系统调用

 

CAS

Compare And Swap (Compare And Exchange) / 自旋 / 自旋锁 / 无锁 (无重量锁)

因为经常配合循环操作,直到完成为止,所以泛指一类操作,cas(v, a, b) ,变量v,期待值a, 修改值b

ABA问题,解决办法(版本号 AtomicStampedReference),基础类型简单值不需要版本号

CAS在juc的包运用:AtomicXXX

java synchronized

public final int incrementAndGet() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;
        }
    }

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

 

markword

工具:JOL = Java Object Layout

java synchronized

java synchronized

 

锁升级

new - 偏向锁 - 轻量级锁 (无锁, 自旋锁,自适应自旋)- 重量级锁

锁升级的过程

JDK较早的版本 OS的资源 互斥量 用户态 -> 内核态的转换 重量级 效率比较低

现代版本进行了优化

无锁 - 偏向锁 -轻量级锁(自旋锁)-重量级锁

java synchronized

偏向锁 - markword 上记录当前线程指针,下次同一个线程加锁的时候,不需要争用,只需要判断线程指针是否同一个,所以,偏向锁,偏向加锁的第一个线程 。hashCode备份在线程栈上 线程销毁,锁降级为无锁

有争用 - 锁升级为轻量级锁 - 每个线程有自己的LockRecord在自己的线程栈上,用CAS去争用markword的LR的指针,指针指向哪个线程的LR,哪个线程就拥有锁

自旋超过10次,升级为重量级锁 - 如果太多线程自旋 CPU消耗过大,不如升级为重量级锁,进入等待队列(不消耗CPU)-XX:PreBlockSpin

自旋锁在 JDK1.4.2 中引入,使用 -XX:+UseSpinning 来开启。JDK 6 中变为默认开启,并且引入了自适应的自旋锁(适应性自旋锁)

自适应自旋锁意味着自旋的时间(次数)不再固定,而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。如果在同一个锁对象上,自旋等待刚刚成功获得过锁,并且持有锁的线程正在运行中,那么虚拟机就会认为这次自旋也是很有可能再次成功,进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间。如果对于某个锁,自旋很少成功获得过,那在以后尝试获取这个锁时将可能省略掉自旋过程,直接阻塞线程,避免浪费处理器资源

偏向锁由于有锁撤销的过程revoke,会消耗系统资源,所以,在锁争用特别激烈的时候,用偏向锁未必效率高。还不如直接使用轻量级锁

 

锁消除 lock eliminate

public void add(String str1,String str2){
         StringBuffer sb = new StringBuffer();
         sb.append(str1).append(str2);
}

StringBuffer 是线程安全的,因为它的关键方法都是被 synchronized 修饰过的,但我们看上面这段代码,我们会发现,sb 这个引用只会在 add 方法中使用,不可能被其它线程引用(因为是局部变量,栈私有),因此 sb 是不可能共享的资源,JVM 会自动消除 StringBuffer 对象内部的锁

 

锁粗化 lock coarsening

public String test(String str){   
       int i = 0;
       StringBuffer sb = new StringBuffer():
       while(i < 100){
           sb.append(str);
           i++;
       }
       return sb.toString():
}

JVM 会检测到这样一连串的操作都对同一个对象加锁(while 循环内 100 次执行 append,没有锁粗化的就要进行 100  次加锁/解锁),此时 JVM 就会将加锁的范围粗化到这一连串的操作的外部(比如 while 虚幻体外),使得这一连串操作只需要加一次锁即可

 

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