「轉載」java架構之路(多線程)synchronized詳解以及鎖的膨脹升級...

2020-12-09 做一個編程俗人

上幾次博客，我們把volatile基本都說完了，剩下的還有我們的synchronized，還有我們的AQS，這次博客我來說一下synchronized的使用和原理。

synchronized是jvm內部的一把隱式鎖，一切的加鎖和解鎖過程是由jvm虛擬機來控制的，不需要我們認為的幹預，我們大致從了解鎖，到synchronized的使用，到鎖的膨脹升級過程三個角度來說一下synchronized。

鎖的分類

java中我們聽到很多的鎖，什麼顯示鎖，隱式鎖，公平鎖，重入鎖等等，下面我來總結一張圖來供大家學習使用。

這次博客我們主要來說我們的隱示鎖，就是我們的無鎖到重量級鎖。

synchronized的使用

我們先來看一段簡單的代碼

publicclass SynchronizedTest { privatestatic Object object = new Object(); publicstaticvoid main(String[] args) { synchronized (object){ System.out.println("只有我拿到鎖啦"); } }}

就這樣synchronized就可以使用了，這樣是每次去拿全局對象的object去鎖住後續的代碼段。我們來看一下彙編指令碼

public static void main(java.lang.String[]); Code: 0: getstatic #2 // Field object:Ljava/lang/Object; 3: dup 4: astore_1 5: monitorenter 6: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 9: ldc #4 // String 只有我拿到鎖啦 11: invokevirtual #5 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 14: aload_1 15: monitorexit 16: goto 2419: astore_2 20: aload_1 21: monitorexit 22: aload_2 23: athrow 24: return Exception table: from to target type61619 any 192219 any

明顯看到了兩個很重要的方法monitorenter和monitorexit兩個方法，也就是說我們的synchronized方法加鎖是基於monitorenter加鎖和monitorexit解鎖來操作的

我們得知是由monitorenter來控制加鎖和monitorexit解鎖的，我們完全可以這樣來操作。上次我們說過一個unsafe類。

publicclass SynchronizedTest { privatestatic Object obj = new Object(); publicvoid lockMethod(){ UnsafeInstance.reflectGetUnsafe().monitorEnter(obj); } publicvoid unLockMethod(){ UnsafeInstance.reflectGetUnsafe().monitorExit(obj); }}

就是我們上次說的unsafe那個類給我們提供了加鎖和解鎖的方法，這樣就是實現誇方法的加鎖和解鎖了，但是超級不建議這樣的使用，後面的AQS回去說別的方式。越過虛擬機直接操作底層的，我們一般是不建議這樣來做的。

我們還可以將synchronized鎖放置在方法上。例如

publicclass SynchronizedTest { privatestatic Object object = new Object(); publicstaticsynchronizedvoid lockMethod() { System.out.println("只有我拿到鎖啦"); }}

這樣加鎖是加在了this當前類對象上的。如果不加static，鎖是加在類對象上的，需要注意我們用的spring的bean作用域

並且我們的synchronized是一個可重入鎖，在jvm源碼中有一個數值來記錄加鎖和解鎖的次數，所以我們是可以多次套用synchronized的

publicvoid lockMethod(){ synchronized(obj){ synchronized(obj){ System.out.println("我沒報錯"); } }}

synchronized到底鎖了什麼

還是拿上個每次加鎖的時候會在對象頭內記錄我們的加鎖信息，我們這裡來說一下對象頭裡面都放置了什麼吧。

以32位JVM內部存儲結構為例

由此看出對象一直是有一個位置來記錄我們的鎖信息的。說到這我們就可以來看一下我們鎖的膨脹升級過程了。

鎖的膨脹升級

我們說過了對象頭的內容，接下來可以說說我們的鎖內部是如何升級上鎖的了。從無鎖到重量級鎖的一個升級過程，我們來邊畫圖，邊詳細看一下。

無鎖狀態：

開始時應該這樣的，線程A和線程B要去爭搶鎖對象，但還未開始爭搶，鎖對象的對象頭是無鎖的狀態也就是25bit位存的hashCode，4bit位存的對象的分代年齡，1bit位記錄是否為偏向鎖，2bit位記錄狀態，優先看最後2bit位，是01，所以說我們的對象可能無鎖或者偏向鎖狀態的，繼續前移一個位置，有1bit專門記錄是否為偏向鎖的，1代表是偏向鎖，0代表無鎖，剛剛開始的時候一定是一個無鎖的狀態，這個不需要多做解釋，系統不同內部bit位存的東西可能有略微差異，但關鍵信息是一致的。

偏向鎖：

這時線程開始佔有鎖對象，比如線程A得到了鎖對象。

就會變成這樣的，線程A拿到鎖對象，將我們的偏向鎖標誌位改為1，並且將原有的hashCode的位置變為23bit位存放線程A的線程ID（用CAS算法得到的線程A的ID），2bit位存epoch，偏向鎖是永遠不會被釋放的。

接下來，線程B也開始運行，線程B也希望得到這把鎖啊，於是線程B會檢查23bit位存的是不是自己的線程ID，因為被線程A已經持有了，一定鎖的23bit位一定不是線程B的線程ID了

然後線程B也會不甘示弱啊，會嘗試修改一次23bit位的對象頭存儲，如果說這時恰好線程A釋放了鎖，可以修改成功，然後線程B就可以持有該偏向鎖了。如果修改失敗，開始升級鎖。自己無法修改，線程B只能找「大哥」了，線程B會通知虛擬機撤銷偏向鎖，然後虛擬機會撤銷偏向鎖，並告知線程A到達安全點進行等待。線程A到達了安全點，會再次判斷線程是否已經退出了同步塊，如果退出了，將23bit位置空，這時鎖不需要升級，線程B可以直接進行使用了，還是將23bit的null改為線程B的線程ID就可以了。

輕量級鎖：如果線程B沒有拿到鎖，我們就會升級到輕量級鎖，首先會在線程A和線程B都開闢一塊LockRecord空間，然後把鎖對象複製一份到自己的LockRecord空間下，並且開闢一塊owner空間留作執行鎖使用，並且鎖對象的前30bit位合併，等待線程A和線程B來修改指向自己的線程，假如線程A修改成功，則鎖對象頭的前30bit位會存線程A的LockRecord的內存地址，並且線程A的owner也會存一份鎖對象的內存地址，形成一個雙向指向的形式。而線程B修改失敗，則進入一個自旋狀態，就是持續來修改鎖對象。

重量級鎖：如果說線程B多次自旋以後還是遲遲沒有拿到鎖，他會繼續上告，告知虛擬機，我多次自旋還是沒有拿到鎖，這時我們的線程B會由用戶態切換到內核態，申請一個互斥量，並且將鎖對象的前30bit指向我們的互斥量地址，並且進入睡眠狀態，然後我們的線程A繼續運行知道完成時，當線程A想要釋放鎖資源時，發現原來鎖的前30bit位並不是指向自己了，這時線程A釋放鎖，並且去喚醒那些處於睡眠狀態的線程，鎖升級到重量級鎖。

逃逸分析

很簡單的一個問題，實例對象存在哪裡？到底是堆還是棧？問題我先不回答，我們先看一段代碼。

publicclass Test { publicstaticvoid main(String[] args) throws InterruptedException { System.out.println("開始"); for (int i = 0; i ) { createCar(); } System.out.println("結束"); Thread.sleep(10000000); } privatestaticvoid createCar() { Car car = new Car(); }}

就是我們運行一個創建對象的方法，一次性創建50萬個Car對象，然後我們讓我們的線程進行深度的睡眠，兩個列印是為了知道我們的對象已經開始創建了和已經創建完成了。我們來運行一下。

然後運行jmap -histo命令來查看我們的線程

我們可以看到，car對象並沒有產生50萬個，別說會被GC掉對象，在運行之前我已經加了GC日誌的參數-XX:+PrintGCDetails，控制臺沒有列印任何GC日誌的。那麼為什麼會這樣呢？我們來看一下我們的代碼，由createCar代碼創建了car對象，但car對象並沒有被其它的方法或者線程去調用，虛擬機會認為你這對象可能只是一個實例化，並沒有進行使用，這時虛擬機會給予你一個優化，就是對於可能沒有使用的對象進行一次逃逸，也就是我們說到的逃逸分析。我們加入 -XX:DoEscapeAnalysis參數再看一次。

這也就是關閉了我們的逃逸分析，虛擬機就會真的為我們創建了50萬個對象。也就是說開啟了逃逸分析有一部分對象只是創建了線程棧上，當線程棧結束，對象也被銷毀，上面的問題也就有答案了，實例對象可能存在堆上，也可能存在棧上。

本文轉載自:https://www.cnblogs.com/cxiaocai/p/12189848.html

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