對(duì)象內(nèi)存結(jié)構(gòu)

對(duì)象頭：MarkWord 存儲(chǔ)對(duì)象頭的信息，Klass Word 描述對(duì)象實(shí)例的具體類型

實(shí)例數(shù)據(jù)：成員變量

對(duì)齊填充：如果對(duì)象頭 + 實(shí)例變量 不是 8 的整數(shù)倍，則通過對(duì)齊填充補(bǔ)齊

MarkWord 解析

• hashcode：25位的對(duì)象標(biāo)識(shí)Hash碼
• age：對(duì)象分代年齡占4位
• biased_lock：偏向鎖標(biāo)識(shí)，占1位，0表示沒有開始偏向鎖，1表示開啟了偏向鎖
• thread：持有偏向鎖的線程ID,占23位
• epoch：偏向時(shí)間戳，占2位
• ptr_to_lock_record：輕量級(jí)鎖狀態(tài)下，指向棧中鎖記錄的指針，占30位
• ptr_to_heavyweight_monitor：重量級(jí)鎖狀態(tài)下，指向?qū)ο蟊O(jiān)視器Monitor的指針，占30位

LockRecord 鎖記錄

Markword：記錄鎖記錄的地址

對(duì)象引用：引用被加上鎖了的對(duì)象

重量級(jí)鎖

Monitor

Monitor 監(jiān)視器，是由 jvm 提供的，由 C++ 實(shí)現(xiàn)的，有三個(gè)實(shí)現(xiàn)部分

WaitSet：調(diào)用了 wait 方法的線程在這里等待，處于 WAITED 狀態(tài)

EntryList：沒有搶到對(duì)象鎖的線程在這里等待，處于 BLOCKED 狀態(tài)

Owner：存儲(chǔ)已經(jīng)搶到鎖的線程對(duì)象

Monitor 的實(shí)現(xiàn)屬于重量級(jí)鎖，涉及到 內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)的切換，線程的上下文切換，每個(gè) Java 對(duì)象都會(huì)關(guān)聯(lián)一個(gè) Monitor 對(duì)象，如果使用 Synchronize 給該對(duì)象加鎖，那么 Java 對(duì)象上面的 MarkWord 地址就被設(shè)置為指向該 Monitor 對(duì)象的指針

輕量級(jí)鎖

加鎖流程：

• 在線程棧中創(chuàng)建一個(gè) Lock Record 對(duì)象，它的 object reference 字段指向鎖對(duì)象
• 通過 CAS 指令把 Lock Record 的地址存放到對(duì)象頭的 Markword 中，如果是無鎖狀態(tài)則修改成功，代表該線程獲取了輕量級(jí)鎖
• 如果當(dāng)前線程已經(jīng)持有該鎖，就代表是一次鎖重入，設(shè)置 Lock Record 的第一部分為 null，起到一個(gè)重入計(jì)數(shù)器的作用
• 如果 CAS 修改失敗，則說明發(fā)生了競爭，需要膨脹為重量級(jí)鎖

解鎖過程：

• 遍歷線程棧，找到所有 object reference 字段等于當(dāng)前鎖對(duì)象的 Lock record
• 如果 Lock record 的 MarkWord 為 null，代表這是一次重入，將 obj 設(shè)置為 null 后 continue 即可
• 如果 Lock record 的 Markword 不為 null，則利用 CAS 指令將對(duì)象頭的 markword 與對(duì)象對(duì)象頭的 markword 進(jìn)行替換，如果成功則恢復(fù)為無鎖狀態(tài)，如果失敗則膨脹為重量級(jí)鎖

Markword 記錄

開始時(shí)的狀態(tài)

替換后的狀態(tài)

偏向鎖

背景：輕量級(jí)鎖在沒有競爭的時(shí)候，每次重入都需要進(jìn)行 CAS 操作

Java 6 中 引入偏向鎖來做進(jìn)一步的優(yōu)化：只有第一次 操才使用 CAS 將線程 ID 設(shè)置到對(duì)象的 markword 頭，之后發(fā)現(xiàn)這個(gè)線程 ID 是自己就不會(huì)產(chǎn)生競爭，不用重新 CAS，以后只要不發(fā)生競爭，這個(gè)對(duì)象就歸這個(gè)線程所有

代碼示例：

public class Thread5 {
    private static final Object object = new Object();
    public static void method1() {
        synchronized (object) {
            method2();
        }
    }
    public static void method2() {
        synchronized (object) {
            method3();
        }
    }
    public static void method3() {
        synchronized (object) {
        }
    }
}

總結(jié)

Java 中的 Synchronize 有偏向鎖、輕量級(jí)鎖、重量級(jí)鎖三種形式，分別對(duì)應(yīng)了鎖只被一個(gè)線程持有、不同線程交替持有鎖、多線程競爭的情況

重量級(jí)鎖：底層使用 Monitor 實(shí)現(xiàn)，里面涉及到了用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的轉(zhuǎn)換、進(jìn)程的上下文切換，成本較高，性能比較低

輕量級(jí)鎖：線程加鎖時(shí)間是錯(cuò)開的（也就是沒有競爭），可以用輕量級(jí)鎖來優(yōu)化，輕量級(jí)修改了對(duì)象頭的鎖標(biāo)志，相對(duì)重量級(jí)鎖性能提升了許多，每次修改都是 CAS 操作，保證原子性

偏向鎖：一段很長的時(shí)間內(nèi)都只被一個(gè)線程使用鎖，可以使用偏向鎖，第一次獲得鎖時(shí)，會(huì)有一個(gè) CAS 操作，之后該線程再獲取鎖，只需要判斷 mark word 中是否是自己的線程 id 即可，而不是開銷相對(duì)較大的 CAS 命令

以上就是Java Synchronize底層原理總結(jié)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java Synchronize底層原理的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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