Javasynchronized底層的實(shí)現(xiàn)原理

第Javasynchronized底層的實(shí)現(xiàn)原理目錄監(jiān)視器底層實(shí)現(xiàn)執(zhí)行流程總結(jié)前言：

想了解synchronized是如何運(yùn)行的？就要先搞清楚synchronized是如何實(shí)現(xiàn)？synchronized同步鎖是通過JVM內(nèi)置的Monitor監(jiān)視器實(shí)現(xiàn)的，而監(jiān)視器又是依賴操作系統(tǒng)的互斥鎖Mutex實(shí)現(xiàn)的，那接下來我們先來了解一下監(jiān)視器。

監(jiān)視器

監(jiān)視器是一個(gè)概念或者說是一個(gè)機(jī)制，它用來保障在任何時(shí)候，只有一個(gè)線程能夠執(zhí)行指定區(qū)域的代碼。

一個(gè)監(jiān)視器像是一個(gè)建筑，建筑里有一個(gè)特殊的房間，這個(gè)房間同一時(shí)刻只能被一個(gè)線程所占有。一個(gè)線程從進(jìn)入該房間到離開該房間，可以全程獨(dú)占該房間的所有數(shù)據(jù)。進(jìn)入該建筑叫做進(jìn)入監(jiān)視器（enteringthemonitor），進(jìn)入該房間叫做獲得監(jiān)視器（acquiringthemonitor），獨(dú)自占有該房間叫做擁有監(jiān)視器（owningthemonitor），離開該房間叫做釋放監(jiān)視器（releasingthemonitor），離開該建筑叫做退出監(jiān)視器（exitingthemonitor）。

嚴(yán)格意義來說監(jiān)視器和鎖的概念是不同的，但很多地方也把二者相互指代。

底層實(shí)現(xiàn)

下面我們?cè)诖a中添加一個(gè)synchronized代碼塊，來觀察一下它在字節(jié)碼層面是如何實(shí)現(xiàn)的？

示例代碼如下：

publicclassSynchronizedToMonitorExample{

publicstaticvoidmain(String[]args){

intcount=0;

synchronized(SynchronizedToMonitorExample.class){

for(inti=0;ii++){

count++;

System.out.println(count);

}

當(dāng)我們將上述代碼編譯成字節(jié)碼之后，得到的結(jié)果是這樣的：

從上述結(jié)果我們可以看出，在main方法中多了一對(duì)monitorenter和monitorexit的指令，它們的含義是：

monitorenter：表示進(jìn)入監(jiān)視器。monitorexit：表示退出監(jiān)視器。

由此可知synchronized是依賴Monitor監(jiān)視器實(shí)現(xiàn)的。

執(zhí)行流程

在Java中，synchronized是非公平鎖，也是可以重入鎖。所謂的非公平鎖是指，線程獲取鎖的順序不是按照訪問的順序先來先到的，而是由線程自己競(jìng)爭(zhēng)，隨機(jī)獲取到鎖?？芍厝腈i指的是，一個(gè)線程獲取到鎖之后，可以重復(fù)得到該鎖。這些內(nèi)容是理解接下來內(nèi)容的前置知識(shí)。在HotSpot虛擬機(jī)中，Monitor底層是由C++實(shí)現(xiàn)的，它的實(shí)現(xiàn)對(duì)象是ObjectMonitor，ObjectMonitor結(jié)構(gòu)體的實(shí)現(xiàn)如下：

ObjectMonitor::ObjectMonitor(){

_header=NULL;

_count=0;

_waiters=0,

_recursions=0;//線程的重入次數(shù)

_object=NULL;

_owner=NULL;//標(biāo)識(shí)擁有該monitor的線程

_WaitSet=NULL;//等待線程組成的雙向循環(huán)鏈表，_WaitSet是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)

_WaitSetLock=0;

_Responsible=NULL;

_succ=NULL;

_cxq=NULL;//多線程競(jìng)爭(zhēng)鎖進(jìn)入時(shí)的單向鏈表

FreeNext=NULL;

_EntryList=NULL;//_owner從該雙向循環(huán)鏈表中喚醒線程結(jié)點(diǎn)，_EntryList是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)

_SpinFreq=0;

_SpinClock=0;

OwnerIsThread=0;

}

在以上代碼中有幾個(gè)關(guān)鍵的屬性：

_count：記錄該線程獲取鎖的次數(shù)（也就是前前后后，這個(gè)線程一共獲取此鎖多少次）。_recursions：鎖的重入次數(shù)。_owner：TheOwner擁有者，是持有該ObjectMonitor（監(jiān)視器）對(duì)象的線程；_EntryList：EntryList監(jiān)控集合，存放的是處于阻塞狀態(tài)的線程隊(duì)列，在多線程下，競(jìng)爭(zhēng)失敗的線程會(huì)進(jìn)入EntryList隊(duì)列。_WaitSet：WaitSet待授權(quán)集合，存放的是處于wait狀態(tài)的線程隊(duì)列，當(dāng)線程執(zhí)行了wait()方法之后，會(huì)進(jìn)入WaitSet隊(duì)列。

監(jiān)視器執(zhí)行的流程如下：

線程通過CAS（對(duì)比并替換）嘗試獲取鎖，如果獲取成功，就將_owner字段設(shè)置為當(dāng)前線程，說明當(dāng)前線程已經(jīng)持有鎖，并將_recursions重入次數(shù)的屬性+1。如果獲取失敗則先通過自旋CAS嘗試獲取鎖，如果還是失敗則將當(dāng)前線程放入到EntryList監(jiān)控隊(duì)列（阻塞）。當(dāng)擁有鎖的線程執(zhí)行了wait方法之后，線程釋放鎖，將owner變量恢復(fù)為null狀態(tài)，同時(shí)將該線程放入WaitSet待授權(quán)隊(duì)列中等待被喚醒。當(dāng)調(diào)用notify方法時(shí)，隨機(jī)喚醒WaitSet隊(duì)列中的某一個(gè)線程，當(dāng)調(diào)用notifyAll時(shí)喚醒所有的WaitSet中的線程嘗試獲取鎖。線程執(zhí)行完釋放了鎖之后，會(huì)喚醒EntryList中的所有線程嘗試獲取鎖。

以上就是監(jiān)視器的執(zhí)行流程，執(zhí)行流程如下圖所示：

總結(jié)

synchronized同步鎖是通過JVM內(nèi)置的Monitor監(jiān)視器實(shí)現(xiàn)的，而監(jiān)視器又是依賴操作系統(tǒng)的互斥鎖Mutex實(shí)現(xiàn)的。JVM監(jiān)視器的執(zhí)行流程是：線程先通過自旋CAS的方式嘗試獲取鎖，如果獲取失敗就進(jìn)入