一、Java中鎖的概念

• 自旋鎖：是指當(dāng)一個線程獲取鎖的時候，如果鎖已經(jīng)被其它線程獲取，那么該線程將循環(huán)等待，然后不斷的判斷鎖是否能被成功獲取，直到獲取到鎖才會退出循環(huán)。
• 樂觀鎖：假定沒有沖突，在修改數(shù)據(jù)時如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)和之前獲取的不一致，則讀最新數(shù)據(jù)，重試修改。
• 悲觀鎖：假定會發(fā)生并發(fā)沖突，同步所有對數(shù)據(jù)的相關(guān)操作，從讀數(shù)據(jù)就開始上鎖。
• 獨(dú)享鎖(寫)：給資源加上寫鎖，線程可以修改資源，其它線程不能再加鎖(單寫)。
• 共享鎖(讀)：給資源加上讀鎖后只能讀不能修改，其它線程也只能加讀鎖，不能加寫鎖(多度)?？闯蒘emaphore(信號量)理解即可。
• 可重入鎖&不可重入鎖：線程拿到一把鎖之后，可以自由進(jìn)入同一把鎖所同步的其它代碼。
• 公平鎖&非公平鎖：爭搶鎖的順序，如果是按先來后到，則為公平。即能保證搶鎖的順序和搶到鎖的順序一致則為公平鎖。

二、同步關(guān)鍵字synchronized特性

特性：可重入、獨(dú)享、悲觀鎖。

鎖相關(guān)的優(yōu)化：

• 鎖消除 ：開啟鎖消除的參數(shù)有 -XX:+DoEscapeAnalysis、 -XX:+EliminateLocks。
• 鎖粗化：JDK做了鎖粗化的優(yōu)化，但我們自己可從代碼層面優(yōu)化。

1、鎖消除示例

/**
 * 鎖消除示例，JIT即時編譯，進(jìn)行了鎖消除
 * @author 劉亞樓
 * @date 2020/1/16
 */
public class LockEliminationExample {
	/**
	 * StringBuilder線程不安全，StringBuffer用了synchronized關(guān)鍵字，是線程安全的
	 * 針對下面這種單線程加鎖、解鎖操作，JIT會進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)行鎖消除
	 */
	public static void eliminateLock() {
		StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();
		stringBuffer.append("a");
		stringBuffer.append("b");
		stringBuffer.append("c");
		stringBuffer.append("a");
		stringBuffer.append("b");
		stringBuffer.append("c");
		stringBuffer.append("a");
		stringBuffer.append("b");
		stringBuffer.append("c");
	}
}

2、鎖粗化示例

/**
 * 鎖粗化示例
 * @author 劉亞樓
 * @date 2020/1/16
 */
public class LockCoarseningExample {
	/**
	 * 針對下面這種無意義的加鎖操作，JIT會進(jìn)行優(yōu)化，對變量i的所有操作放到一個同步代碼塊里
	 */
	public static void lockCoarsening() {
		int i = 0;
		synchronized (LockCoarseningExample.class) {
			i++;
		}
		synchronized (LockCoarseningExample.class) {
			i--;
		}
		synchronized (LockCoarseningExample.class) {
			i++;
		}
		synchronized (LockCoarseningExample.class) {
			i++;
			i--;
			i++;
		}
	}
}

備注：鎖消除和鎖粗化的區(qū)別在于鎖消除是針對單個線程重復(fù)加解鎖做的優(yōu)化，最終沒有鎖的存在。而鎖粗化不只是針對單線程，且最終還是有鎖的存在。

三、synchronized關(guān)鍵字原理

1、關(guān)于Mark Word

首先，對象在堆中由對象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)和對齊填充組成。

對象頭包含兩部分信息，第一部分用于存儲對象自身的運(yùn)行時數(shù)據(jù)，如哈希碼、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向鎖id等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)官方稱為"Mark Word"。

對象頭的另一部分是類型指針，即對象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實(shí)例。

synchronized實(shí)現(xiàn)的鎖是通過改變對象頭的"Mark Word"來實(shí)現(xiàn)的。

"Mard Word"在32位和64位的虛擬機(jī)(未開啟壓縮指針)中分別為32位和64位。32位虛擬機(jī)"Mark Word"如下：

2、鎖的狀態(tài)變化

(1) 無鎖 → 輕量級鎖

無鎖變成輕量級鎖時，多個線程會讀取對象的對象頭的無鎖狀態(tài)mark word內(nèi)容，然后進(jìn)行cas操作進(jìn)行修改，預(yù)期值是無鎖狀態(tài)mark word內(nèi)容，新值是輕量級鎖狀態(tài)mark word內(nèi)容，若修改成功，Lock record address指向成功獲取鎖的線程的Lock Record。

演示流程如下：

(2) 輕量級鎖 → 重量級鎖

由于未成功獲取鎖的線程會自旋，長時間自旋會消耗CPU資源，因此自旋到一定次數(shù)會進(jìn)行鎖升級，由輕量級鎖轉(zhuǎn)變?yōu)橹亓考夋i。

重量級鎖是通過object monitor(對象監(jiān)視器)實(shí)現(xiàn)的，對象監(jiān)視器包括entryList(鎖池)、owner(持鎖者)、waitSet(等待集合)等。

升級為重量級鎖時對象頭mark word的內(nèi)容是monitor address(對象監(jiān)視器地址)，指向?qū)ο蟊O(jiān)視器。

演示流程如下：

備注：搶鎖失敗線程會進(jìn)入entryList(鎖池)，在調(diào)用wait方法后，線程會進(jìn)入waitSet(等待集合)，waitSet中的線程被喚醒后會重新進(jìn)入entryList。

(3) 關(guān)于偏向鎖

加鎖之后不解鎖，針對單線程

所謂偏向就是偏心，單線程加鎖之后就不再解鎖，減少了加鎖→業(yè)務(wù)處理→釋放鎖→加鎖操作流程。

在JDK6以后，默認(rèn)已經(jīng)開啟了偏向鎖這個優(yōu)化，通過JVM參數(shù)-XX:-UseBiasedLocking來禁用偏向鎖，若偏向鎖開啟，只有一個線程搶鎖，可獲取到偏向鎖。

關(guān)于偏向鎖Mark Word內(nèi)容如下：

偏向標(biāo)記第一次有用，出現(xiàn)過爭用后就沒用了。

偏向鎖本質(zhì)就是無鎖，如果沒有發(fā)生過任何多線程爭搶鎖的情況，JVM認(rèn)為就是單線程，無需做同步。

備注：JVM為了少干活，同步在JVM底層是有很多操作來實(shí)現(xiàn)的，如果沒有爭用，就不需要去做同步操作。

(4) 完整的鎖升級過程

如果未開啟偏向鎖，無鎖狀態(tài)會先升級為輕量級鎖，輕量級鎖自選到一定程度升級為重量級鎖。

如果開啟了偏向鎖，有兩種情況：

• 當(dāng)鎖未被占用時，會升級為無鎖，無鎖再升級為輕量級鎖，再由輕量級鎖升級為重量級鎖。
• 當(dāng)鎖被占用時，會升級為輕量級鎖，再由輕量級鎖升級到重量級鎖。

到此這篇關(guān)于Java關(guān)鍵字synchronized原理與鎖的狀態(tài)詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java synchronized內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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