并發程式設計之synchronized

synchronized

• • 局部鎖
  • 全局鎖
• jdk1.6後對synchronized的優化
• • 重量級鎖
  • synchronized優化
  • 偏向鎖
  • 輕量級鎖
  • 鎖粗化
  • 鎖消除

我們說到并發程式設計我們很容易想到synchronized關鍵字，sychronized是鎖機制中比較常見的同步鎖，synchronized是基于jvm級别的鎖，由jvm管理鎖的擷取與釋放，使用者無需擔心鎖不釋放問題。synchronized可以修飾方法，傳入對象。

局部鎖

synchronized修飾非靜态方法與傳入對象時鎖的對象是非靜态Object，不同的Object之間的鎖互不影響，鎖範圍是目前對象。這時候synchronized鎖類型為局部鎖。

全局鎖

sychronized修飾靜态方法或傳入的對象是靜态對象或單例對象時是全局鎖，synchronized修飾靜态方法時鎖對象是Class,同一個類的Class在jvm中隻有一個，是以構成全局鎖。不同類之間的全局鎖互不影響。如果傳入synchronized的對象時靜态對象或單例對象時，由于在jvm中隻存在一個，是以構成全局鎖。

jdk1.6後對synchronized的優化

重量級鎖

synchronized是基于鎖對象内部一個螢幕鎖（monitor）實作的，螢幕鎖的本質是依賴作業系統的Mutex Lock實作的，當系統檢查到鎖是該類型鎖後會把等待想要擷取鎖的線程阻塞，阻塞或喚醒一個線程時需要作業系統幫忙，從使用者狀态切換到核心狀态，這種切換開銷非常大，花費的時間可能比使用者執行的代碼所花的時間還長。是以synchronized本身是一個重量級鎖。

在java對象頭中記錄了Mark Work資訊，指向資料對象的指針資訊，數組長度資訊。其中Mark Work記錄了hashCode,gc分代年齡，鎖資訊。其中鎖資訊主要為鎖标志位，是否偏向，線程id,指向棧中鎖記錄的指針。

鎖标志位 是否偏向

01 0 無鎖

01 1 偏向鎖，記錄擁有偏向鎖的線程id

00 輕量級鎖，記錄指向獲得輕量級鎖的線程棧的所記錄指針

10 重量級鎖，阻塞未擷取鎖的線程，記錄指向互斥量（重量級鎖）指針

synchronized優化

偏向鎖

根據經驗，大部分時候代碼的執行是不存在競争的，如果采用重量級鎖就會産生不必要的鎖擷取開銷。是以可以先采用偏向鎖，檢查鎖對象頭的鎖資訊是否為無鎖狀态，如果是則使用cas嘗試将鎖對象頭的偏向鎖線程id修改為目前線程id，如果修改成功，擷取偏向鎖成功，修改鎖偏向标志為1，執行同步代碼塊。如果目前線程修改鎖對象頭的偏向鎖線程id為自身id失敗則說明有其他線程擷取了偏向鎖，由于偏向鎖不會自己釋放，在其他線程競争時并且達到安全點（無代碼在執行時，擷取偏向鎖的線程執行完了代碼）釋放。目前線程嘗試執行撤銷偏向鎖，如果偏向鎖在安全點則釋放偏向鎖，恢複無鎖狀态。目前線程重新執行擷取偏向鎖操作。如果目前線程執行偏向鎖釋放時偏向鎖未達到安全點，則撤銷偏向鎖失敗，如果獲得偏向鎖的線程正在運作，則暫停擷取偏向鎖線程，修改鎖對象頭所标志位為00，更新鎖為輕量級鎖，記錄擷取輕量級鎖的線程棧的記錄指針。偏向鎖經常在jvm啟動幾秒種後才激活，可以使用XX：BiasedLockingStartupDelay=0 關閉延遲。如果确認鎖經常處于競争狀态，可以通過-XX:-UseBiasedLocking = false關閉偏向鎖，。

輕量級鎖

鎖更新為輕量級鎖後，虛拟機會在目前線程棧中建立一塊名為Lock Record的空間，用來存儲鎖對象Mark Work的拷貝。拷貝成功後使用cas嘗試将Mark Work的所記錄指針指向Lock Record,如果執行成功擷取輕量級鎖。如果執行不成功重複循環嘗試擷取輕量級鎖。達到一定次數後仍無法擷取輕量級鎖則将Mark Work鎖标志位更新為10，鎖更新為重量級鎖。擷取鎖的線程進入阻塞。擷取輕量級鎖的線程執行完同步代碼後使用cas嘗試将Lock Record替換回到Mark Work，如果成功釋放輕量級鎖，如果失敗說明所已經更新為重量級鎖，目前線程釋放鎖并喚醒一個等待鎖的線程。

鎖狀态 25 bit 4bit 1bit 2bit

23bit 2bit 是否是偏向鎖 鎖标志位

輕量級鎖 指向棧中鎖記錄的指針 00

重量級鎖 指向互斥量（重量級鎖）的指針 10

GC标記 空 11

偏向鎖 線程ID Epoch 對象分代年齡 1 01

鎖粗化

減少不必要的緊連在一起的lock unlock操作，擴大成更大範圍的鎖。

鎖消除

通過編譯器逃逸分析不存在資料共享競争的鎖進行消除。