并发二 synchronized底层原理

事先声明 看zejian博客:并发专题 受益良多
https://blog.youkuaiyun.com/javazejian/article/category/6940462

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synchronized简介

1.java默认的线程同步关键字，可以满足JMM中的原子性和可见性，

2.隐式监视器锁 (显示锁为Lock，但lock不是监视器锁)

代码

由一段代码来引出原理

    //常见的同步代码块
    synchronized(lockObj){ 
        System.out.println(i); 
    }

    /**
    *对应javap后的 要执行这段字节码，需要能进入到monitor 持有锁 
        6: monitorenter//进入monitor 执行objectMonitor 
        //..省略无关代码 
        22: monitorexit//monitor退出 
        28: monitorexit //增加异常机制，确保异常时monitor也会退出 
        29: aload_2 
        30: athrow
    */

加了synchronized关键字后，同时只允许一个线程运行这段代码，

查看其编译后的字节码，发现增加了一监视器标识monitorenter/monitorexit，这个标识会要求:要进入这一段监控的代码 需要 持有监控对象lockObj需要的锁->对象监视器;

针对对象监视器，jvm维护了一些值用于处理同步，如下:

结构	名称	说明
_entrySet	新人队列	试图调用synchronized代码 monitorEntry
_owner	监视器的所有者	拥有对象监视器的线程
count	监视器状态	默认0 有线程进入则+1，重入再+1； 出重入的部分-1，线程出-1
_WaitSet	等待队列	调用wait之类的方法则阻塞线程进入waitSet

整个流程就如下图，进入entrySet，没有线程占用监视器count==0 或者占有的是线程就是当前线程，则acquire获取到资源 count++，否则线程就是挂起状态 同样waitSet队列也具有和entrySet同样的竞争机制，可以对比AQS的非公平锁

线程thread_a进入

->如果拥有监视器的线程monitor._owner == null -> 进入执行 monitor.count++，monitor._owner=thread_a当前线程拥有这个监视器；
如果monitor._owner == thread_a ->进入执行 monitor.count++ 即可重入锁
如果monitor._owner == 其他线程 ->等待执行 进入monitor._entrySet
->执行途中出现thread.wait 则进入monitor._waitSet等待序列 并monitor.count–;
->执行完成monitor._owner=null；

可重入锁

即syn(lockObj){调用其他的syn(lockObj)方法或块}的情况下，后面的同步快发现调用者持有正确的锁时，可以执行，
同时monitor.count++，执行完仍旧会–，当count==0时 owener=null 则其他线程就可以争夺了;

那这个监视器的信息是存放于哪的?synchronized(lockObj)中的lockObj中的对象头中

对象头和monitor

堆区的每个对象都包含对象头
头里主要有两部分，一部分指向方法区表明自己的身份
一部分记录一些Mark Word标记信息，如是否该GC的标记/分代年龄/hascode/锁信息
因为Mark Word全部记录的话占内存，故除基本信息外，其他信息会随着对象状态而做改变 比如可能是偏向锁->轻量级锁->重量级锁中的一种 或者没有
而1.6以前是只有重量级锁，synchronized通常说的就是重量级锁
在重量锁情况下，Mark Word的重量锁指针指向的是monitor
又因为monitor是基于操作系统的，操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到核心态，这种状态的切换时间成本高，所以是重量级锁
基于此，java6对重量锁进行了优化，就有了偏向锁，轻量级锁，自锁锁(即给自己加几十次空循环 避免被操作系统层面挂起)，锁消除

虚拟机位数	头对象结构	说明
32/64bit	Mark Word	存储对象的hashCode、锁信息或分代年龄或GC标志等信息
32/64bit	Class Metadata Address	类型指针指向对象的类元数据，JVM通过这个指针确定该对象是哪个类的实例。

因为监视器是在对象头中，故每个对象都可以维护者一个monitor，也因此每个对象都可以成为锁对象

原理总结

JVM隐式的对synchronized维护对象监视器达到线程安全的目的

wait/notify/notifyAll

1.接上文，wait/notify/notifyall实际操作的是监视器，主要作用在monitor_waitSet()上，所以这三个方法实质是监视器方法，进而这三个方法是Object的而不是Thread;
2.也因为同样的理由，调用wait/notify/notifyall需要在synchronized中，因为必须要获得锁对象操作监视器数据，否则运行时会抛出异常的监控状IllegalMonitorStateException

锁的范围

所有对象都可以成为锁对象，区别在于:
类/static上的锁是class对象
方法上的锁是this
代码块上的锁是指定的

//synchronized方法 字节码flags中会有标记 
public synchronized void test1(); 

/** 字节码如下
*descriptor: ()V 
*flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
    针对方法上的jvm会在访问标志区的ACC_SYNCHRONIZED后，自动增加monitorentry和monitorexit，且monitorexit是在方法return/抛异常后都会执行的 
*/

线程中断与synchronized

线程在非阻塞状态调用t.interrupt()这个方法是不会中断线程的，当然thread.isInterrupt判断会阻塞线程，这个判断可以让中断生效 可以理解为当调用interrupt时，需要cpu有空才会理你，不然没用