Java高并发程序设计学习笔记（二）锁相关

锁的种类

Java中的锁大致分为:偏向锁，自旋锁，轻量级锁，重量级锁

锁的使用方式为：先提供偏向锁，如果不满足时，升级为轻量级锁，再不满足，升级为重量级锁。自旋锁是一个过渡的锁状态，不是一种实际的锁类型。锁只能升级，不能降级。

 

偏向锁

是一种编译解释锁。如果代码中不可能出现多线程并发争抢同一个锁的时候，JVM编译代码，解释执行的时候，会自动的放弃同步信息。消除synchronized的同步代码结果。使用锁标记的形式记录锁状态。在Monitor中有变量ACC_SYNCHRONIZED。当变量值使用的时候，代表偏向锁锁定。可以避免锁的争抢和锁池状态的维护，提高效率。

 

轻量级锁

过渡锁。当偏向锁不满足时，也就是有多线程并发访问，锁定同一个对象的时候，先提升为轻量级锁。也是使用ACC_SYNCHRONIZED标记记录的。ACC_UNSTNCHRONIZED标记用于记录未获取到锁信息的线程。就是只有两个线程争抢锁标记的时候，优先使用轻量级锁。

两个线程也可能出现重量级锁。

 

自旋锁

是一个过渡锁，时偏向锁和轻量级锁的过渡。

当获取锁的过程中，未获取到。为了提高效率，JVM自动执行若干次空循环，再次申请锁，而不是进入阻塞状态的情况。称为自旋锁。自旋锁提高效率就是避免线程状态的变更。

 

 

 

锁（重量级锁）

synchronized关键字

锁资源 synchronized(Object) ,锁对象资源。

锁对象 synchronized(this) 和synchronized方法都是锁当前对象

同步方法--static

静态同步方法，锁的是当前类型的类对象。

 

锁可重入，同一个线程多次调用同步代码，锁定同一个锁对象，可重入。

 

 

volatile关键字

volatile的可见性，通知OS操作系统底层，在CPU计算过程中，都要检查内存中数据的有效性，保证最新的数据被使用。volatile只能保证可见性，不能保证原子性。不是加锁的问题，只是内存数据可见。

 

AtomicXxx

同步类型

原子操作类型，其中的每一个方法都是原子操作，可以保证线程安全。

 

 

锁对象变更问题： 同步代码一旦加锁后，那么会有一个临时的锁引用执行所对象，和真实的引用无直接关联。在锁未释放之前，修改锁对象引用，不会因影响同步代码的执行。

 

 

CountDownLatch：门闩

可以和锁混合使用，或者替代锁的功能。

在门栓未完全开访之前等待，当门栓完全开放后执行。

避免锁的效率低下问题.

 

1. 锁的底层实现

Java虚拟机中的同步(Synchronization)基于进入和退出管程（Monitor）对象实现。同步方法，并不是由monitor.enter和monitor.exit指令来实现，而是通过方法调用指令读取运行时常量池中方法的ACC_SYNCHRONIZED标志来隐式实现的。

 

对象内存简图

 

 

 

对象头：存储对象的hashcode、锁信息，分代年龄或者GC标志，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等信息。

实例变量：存储类的属性数据信息，包括父类的属性信息。

填充数据： 由于虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。填充数据不是必须的，仅仅是为了字节对齐。

 

当给对象加锁时，数据时记录在对象头中。当执行synchronized同步方法或者同步代码块时，会在对象头中记录锁标记，锁标记指向的时monitor对象(也称为管程或者监视器锁)的起始地址。每个对象都存在着一个monitor与之关联，对象与其monitor之间的关系又存在多种实现方式，如monitor可以与对象一起创建销毁，或者当线程试图获取对象锁时自动生成。但当一个monitor被某个线程持有后，它便处于锁定状态。

 

在Java虚拟机(HotSpot)中，monitor是由ObjecMonitor实现的。

ObjectMonitor中有两个队列，_waitSet和_EntryList，以及_Owner标记。其中_WaitSet是用于管理等待队列线程的，_EntryList是用于管理锁池组塞线程的，_Owner标记用于记录当前执行线程。

 

线程状态图：

 

 

当多线程并发访问同一个同步代码时，首先会进入_EntryLsit，当线程获取锁标记后，monitor中的_Owner记录此线程，并在monitor中的计数器执行递增计算（+1），代表锁定，其他线程在_EntryList中继续阻塞。若执行线程调用wait方法，则monitor中的计数器执行赋值为0计算，并将_Owner标记赋值为null，代表放弃锁，执行线程进入waitSet中阻塞。若执行线程调用notify/notifyAll方法，_WaitSet中的线程被唤醒，先就绪然后进入_EntryLIst中阻塞，等待获取锁标记。若执行线程的同步代码执行结束，同样会释放锁标记，monotor中的_Owner标记赋值为null，且计数器赋值为0。