JUC-04 详解Synchronized part2

上一篇我们介绍了synchronized的基本概念和用法。今天，我们一起来聊一下synchronized的底层实现。 主要涉及Monitor对象及其底层实现。

1. synchronized 底层是怎么实现的？（Monitor对象及其底层实现）

1. synchronized 底层是怎么实现的？

以HotSpot JVM为例。在JVM层面，是基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步。

背后实现的依赖涉及两个内容：Java对象头，Monitor监视器。

我们来看一下用synchronized关键字修饰同步代码块和同步方法。

1.1 同步代码块

如何查看反编译的字节码呢？我们可以使用javap命令。命令如下：

javap -verbose xxxx.class （既然提到了javap，那有心的小伙伴可以后续一并了解下javap命令，作为自己简单的扩展）

在上图中，有三个关键的指令：monitorenter，monitorexit。

monitorenter：代表 监视器入口，获取锁；
monitorexit第一次：代表监视器出口，释放锁；
monitorexit第二次：第二次monitorexit，代表 发生异常，释放锁；

下面我们对其过程进行一下说明。

1. 代码块的同步是利用monitorenter和monitorexit这两个字节码指令。
2. 它们分别位于同步代码块的开始和结束位置。
3. jvm执行到monitorenter指令时，当前线程试图获取monitor对象的所有权，如果未加锁或者已经被当前线程所持有，就把锁的计数器+1；
4. jvm执行monitorexit指令时，锁计数器-1；当锁计数器为0时，该锁就被释放了。
5. 如果获取monitor对象失败，该线程则会进入阻塞状态，直到其他线程释放锁。

1.2 同步方法

在反编译字节码中，我们注意到有关键语句 ACC_SYNCHRONIZED。这个是什么呢？下面是对其的解释。

ACC_SYNCHRONIZED访问标志

• 方法级的同步是隐式的。即无需通过字节码指令来控制的，它实现在方法调用和返回操作之中。
• JVM可以从方法常量池中的方法表结构(method_info Structure) 中的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志区分一个方法是否同步方法。
• 当方法调用时，调用指令将会 检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程将先持有monitor（虚拟机规范中用的是管程一词）， 然后再执行方法，最后再方法完成(无论是正常完成还是非正常完成)时释放monitor。

现在，你一定对synchronized在字节码层面的指令实现有了一定的了解。而其底层依赖的monitor又是如何实现的呢？

2. Monitor的实现

Monitor是由ObjectMonitor实现的，其主要数据结构如下（位于HotSpot虚拟机源码ObjectMonitor.hpp文件，C++实现的）；

在ObjectMonitor中，有如下两个特征。

• 两个队列，_WaitSet 和 _EntryList，用来保存ObjectWaiter对象列表（ 每个等待锁的线程都会被封装成ObjectWaiter对象 ）。
• _owner指向持有ObjectMonitor对象的线程。

那当多个线程同时访问一段同步代码时，ObjectMonitor中会发生什么呢？

1. 首先会进入 _EntryList 集合，当线程获取到对象的monitor后，进入 _Owner区域并把monitor中的owner变量设置为当前线程，同时monitor中的计数器count加1；
2. 若线程调用 wait() 方法，将释放当前持有的monitor，owner变量恢复为null，count自减1，同时该线程进入 WaitSet集合中等待被唤醒；
3. 若当前线程执行完毕，也将释放monitor（锁）并复位count的值，以便其他线程进入获取monitor(锁)；

补充：Monitor对象存在于每个Java对象的对象头Mark Word中（存储的是指针的指向），Synchronized锁便是通过这种方式获取锁的，也是为什么Java中任意对象都可以作为锁的原因，同时notify/notifyAll/wait等方法会使用到Monitor锁对象，所以必须在同步代码块中使用。

最后，我们简单总结一下。本文主要讲了Synchronized关键字的底层实现，通过反编译的字节码指令和Monitor对象的底层实现来对其进行了解析。

好了，本期的文章就到这里。更多更精彩的内容请关注。

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