synchronized 原理总结

2019-01-13 3 分钟阅读时长   1060 字 Java
spring

介绍

在 Java 中 synchronized 是用于并发环境下使用临界区的原语。

它是通过获取对象头的 Mark Word 来实现互斥功能的，当使用方式不同时所操作的对象也不同。

  • 声明在方法内时，锁对象由开发者所指定

  • 声明在方法上，锁对象则为当前类的实例

  • 声明在静态方法上，锁对象就是由类加载器所加载的 Class

这里简单记录 synchronized 代码块在虚拟机内部的运转，版本为 OpenJDK11。

获取同步锁

当线程进入临界区时，会根据是否开启了偏向锁选择进入 ObjectSynchronizer::fast_enter 方法或者 ObjectSynchronizer::slow_enter 方法。

ObjectSynchronizer::fast_enter

  1. 检查当前 Mark Word 的锁状态是否为偏向锁，否则进入 slow_enter。

  2. 检查虚拟机当前是否处于安全点，是则先进行检查是否需要撤销偏向锁。

  3. 检查对象头是否为偏向锁模式，否则使用 CAS 修改 Mark Word 存储的线程 id，并初始化获取锁时间点和年龄。

  4. 当已经处于偏向锁模式时，并且当前占有锁的时间已过期，则可以使用 CAS 进行锁替换或者更新年龄。

  5. 当任意 CAS 操作失败时，则表明存在其他线程已对锁状态进行了修改，需要执行 slow_enter。

  6. 更新对象头信息，检查是否需要撤销偏向锁。

ObjectSynchronizer::slow_enter

  1. 判断 Mark Word 的锁状态是否为无锁或偏向锁，是则使用 CAS 修改对象头，成功后对当前 Region 栈锁进行释放。

  2. 否则判断 Mark Word 的锁状态是否为轻量级锁，并且对对象头的 BasicLock 进行加锁。

  3. 失败时将修改对象头使其不可重入，并将锁膨胀为重量级锁，修改 Mark Word。

  4. 通过 ObjectMonitor 管理当前线程，当对象头为轻量级锁时，获取空闲 ObjectMonitor 使用，并配置至对象头内。

  • ObjectMonitor 的获取方式为依次从 线程空间中查找空闲监视器、全局空间中查找空闲监视器、重新创建监视器 选取尝试。

等待与唤醒

wait

当处于临界区内的线程由于某种原因选择将自身挂起时，将执行 ObjectSynchronizer::wait。

  1. 判断当前 Mark Word 是否为偏向锁，是则对其进行撤销。

  2. 释放临界区占用锁，获取管理当前线程的的 ObjectMonitor。

  3. 将线程封装为 ObjectWaiter 加入至 _WaitSet 队尾。

  4. 设置 LoadLoad 内存屏障，防止重排序问题。

  5. 判断是否该等待线程是否已经存在，是否重新启动该线程。

  6. 关闭非运行线程与重入锁的响应。

  7. 判断线程是否已被中断，是则抛出异常。

notify/notifyAll

  1. 检查等待队列 _WaitSet，为空则直接返回。

  2. 使用 _WaitSetLock 保护操作等待队列不被其他线程干扰。

  3. 根据策略选择从等待队列中获取元素加入到阻塞队列 _EntryList 或 _cxq 或 直接唤醒。

  4. 设置被移动线程为可与重入锁响应。

  5. 释放 _WaitSetLock 锁。

阻塞线程

enter

当进入临界区的线程获取锁失败时，将交由锁对象的 objectMonitor 来管理，调用 enter 方法修改该线程状态为阻塞，并封装为 ObjectWaiter 加入到名为 _EntryList 的链表中。

exit

当有线程离开临界区，将会调用 objectMonitor 的 exit 方法，根据 QMode 的不同的选择从 阻塞队列 或 等待队列 中获取 ObjectWaiter，也可能将等待队列的部分或全部加入阻塞队列后从阻塞队列中获取。