java-锁

一、锁的状态

在Hot Spot JVM实现中，锁有个专门的名字：对象的监视器Object Monitor

Monitor，描述为一种同步机制，它通常被描述为一个对象，所有的Java对象是天生的Monitor，每一个Java对象都有成为Monitor的潜质，当一个 monitor 被某个线程持有后，它便处于锁定状态。

jvm基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步。

代码块的同步：

使用的monitorenter和monitorexit指令尝试获取monitor的所有权

1.线程试图获取对象锁对应的 monitor 持有权， monitor的进入计数器为 0，线程成功取得monitor后，将计数器值设置为1，取锁成功

2.如果线程已经占有该monitor，只是重新进入（可重入锁），则进入monitor的进入数加1

3.如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权

方法同步：

方法级的同步是隐式，即无需通过字节码指令来控制，它实现在方法的调用和返回之中

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，如果被设置了，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。在此期间，其他任何线程都无法再获得此monitor。

在JVM中，对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

对象头主要包括两部分数据：Mark Word（标记字段） 和 Class Pointer（类型指针）。

Mark Word：用于存储对象自身的运行时数据，它是实现轻量级锁和偏向锁的关键

Class Pointer：是对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过它来确定这个对象是哪个类的实例

锁的状态由低到高：无锁状态、偏向锁、轻量级锁状态、重量级锁状态

锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级到重量级锁。但是锁的升级是单向的，也就是说只能从低到高升级，不会出现锁的降级。

偏向锁：Mark Word存储的是偏向的线程ID

轻量级锁：Mark Word存储的是指向栈中锁记录的指针

重量级锁：Mark Word为指向堆中的monitor对象的指针

四种状态转换

1.每个线程在准备获取共享资源时，第一步，检查Mark Word里面是不是放的自己的ThreadId ，如果是，表示当前线程是处于 “偏向锁” 。

2.第二步，如果Mark Word不是自己的ThreadId，就会尝试使用CAS来替换Mark Word里面的线程ID为新线程的ID，成功，仍然为偏向锁，失败，升为轻量级锁，会按照轻量级锁的方式来竞争锁。

3.CAS将锁的Mark Word替换为指向锁记录的指针，成功，则为轻量级锁，失败的则进入自旋 。

4.自旋的线程在自旋过程中，成功获得资源(即之前获得资源的线程执行完成并释放了共享资源)，则整个状态依然处于轻量级锁的状态，如果自旋失败，进入重量级锁的状态，这个时候，自旋的线程进行阻塞，等待之前线程执行完成并唤醒自己。

二、常用的锁

1.原子性（java.util.concurrent.atomic 包，Synchronized）

即一个或者多个线程访问，要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行

2.可见性（Volatile，Synchronized）

保证共享变量的修改能够及时可见（在工作内存中，每次修改共享变量后立刻同步回主内存中）

3.有序性（Synchronized，Lock，Volatile）

即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行

①Synchronized

可以使用在变量、方法、和类级别，可能会造成线程的阻塞

1.当synchronized作用在实例方法时，监视器锁（monitor）便是对象实例（this）

2.当synchronized作用在静态方法时，监视器锁（monitor）便是对象的Class实例，因为Class数据存在于永久代，因此静态方法锁相当于该类的一个全局锁

3.当synchronized作用在某一个对象实例时，监视器锁（monitor）便是括号括起来的对象实例

synchronized是一种对象锁（锁的是对象而非引用变量），可以用来实现对临界资源的同步互斥访问 ，可重入锁。其可重入最大的作用是避免死锁

在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生。

②Lock

Lock.lock()：获取锁，如被锁定，则等待。

Lock.tryLock() ：如未被锁定才能获取，有返回值。

Lock.tryLock(long timeout, TimeUnit unit) ：获取锁，如被锁定，则最多等待timeout时间后返回获取锁状态。

Lock.lockInterruptibly() ：在等待中若收到中断请求，会立即响应并抛出异常，避免无效等待。

unLock()：释放锁，必须主动去释放锁，在发生异常时，如果没有主动通过unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此需要在finally块中释放锁。

Lock代表实现类是ReentrantLock（可重入锁）

可重入锁又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，再进入该线程的内层方法会自动获取锁（前提锁对象得是同一个对象或者class），不会因为之前已经获取过还没释放而阻塞。

ReadWriteLock代表实现类是ReentrantReadWriteLock

ReadWriteLock 维护了一对相关的锁，一个用于只读操作（readLock()），另一个用于写入操作（writeLock()）

共享锁是指该锁可被多个线程所持有。如果线程对数据加上共享锁后， 获得共享锁的线程只能读数据，不能修改数据。

只要没有 writer，读取锁可以由多个 reader 线程同时保持，而写入锁是独占的

③volatile

仅能使用在变量级别，不会造成线程的阻塞。

内存可见，会使得所有对volatile变量的读写都直接刷到主存，即保证了变量的可见性。