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一、多线程
1、深入synchronized
1.1、synchronized的优化
1.2、synchronized实现原理
1.3、synchronized的锁升级
1.4、重量锁底层ObjectMonitor
一、多线程
1、深入synchronized
1.1、synchronized的优化
在JDK1.5的时候，Doug Lea推出了ReentrantLock，lock的性能远高于synchronized，所以JDK团队就在JDK1.6中，对synchronized做了大量的优化。
锁消除：在synchronized修饰的代码中，如果不存在操作临界资源的情况，会触发锁消除，你即便写了synchronized，它也不会触发。
public synchronized void method(){
// 没有操作临界资源
// 此时这个方法的synchronized你可以认为没有
}锁膨胀：如果在一个循环中，频繁的获取和释放做资源，这样带来的消耗很大，锁膨胀就是将锁的范围扩大，避免频繁的竞争和获取锁资源带来不必要的消耗。
public void method() {
Object o = new Object();
for (int i = 0; i < 999999; i++) {
synchronized (o) {
}
}
// 这时上面的代码会触发锁膨胀
synchronized (o) {
for (int i = 0; i < 999999; i++) {
}
}
}锁升级：ReentrantLock的实现，是先基于乐观锁的CAS尝试获取锁资源，如果拿不到锁资源，才会挂起线程。synchronized在JDK1.6之前，完全就是获取不到锁，立即挂起当前线程，所以synchronized性能比较差。
synchronized就在JDK1.6做了锁升级的优化
无锁、匿名偏向：当前对象没有作为锁存在。
偏向锁：如果当前锁资源，只有一个线程在频繁的获取和释放，那么这个线程过来，只需要判断，当前指向的线程是否是当前线程 。
如果是，直接拿着锁资源走。
如果不是，基于CAS的方式，尝试将偏向锁指向当前线程。如果获取不到，触发锁升级，升级为轻量级锁。（偏向锁状态出现了锁竞争的情况）
轻量级锁：会采用自旋锁的方式去频繁的以CAS的形式获取锁资源（采用的是自适应自旋锁）
如果成功获取到，拿着锁资源走。
如果自旋了一定次数，没拿到锁资源，锁升级。
重量级锁：就是最传统的synchronized方式，拿不到锁资源，就挂起当前线程。（用户态&内核态）
1.2、synchronized实现原理
synchronized是基于对象实现的。
先要对Java中对象在堆内存的存储有一个了解。
对象存储信息包括：对象头，实例数据，对象填充等。其中对象头包括MarkWord，ClassPoint。
对象的锁信息都是存储在MarkWord中的。
展开MarkWord如下图
MarkWord中标记着四种锁的信息：无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁等
1.3、synchronized的锁升级
为了可以在Java中看到对象头的MarkWord信息，需要导入依赖
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
<artifactId>jol-core</artifactId>
<version>0.17</version>
</dependency>锁默认情况下，开启了偏向锁延迟。
偏向锁在升级为轻量级锁时，会涉及到偏向锁撤销，需要等到一个安全点（STW），才可以做偏向锁撤销，在明知道有并发情况，就可以选择不开启偏向锁，或者是设置偏向锁延迟开启。
因为JVM在启动时，需要加载大量的.class文件到内存中，这个操作会涉及到synchronized的使用，为了避免出现偏向锁撤销操作，JVM启动初期，有一个延迟4s开启偏向锁的操作。
如果正常开启偏向锁了，那么不会出现无锁状态，对象会直接变为匿名偏向。
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread.sleep(5000);
Object o = new Object();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
new Thread(() -> {
synchronized (o) {
//t1 - 偏向锁
System.out.println("t1:" + ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
}
}).start();
//main - 偏向锁 - 轻量级锁CAS - 重量级锁
synchronized (o) {
System.out.println("main:" + ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
}
}
}运行结果：可以注释运行t1或main运行
java.lang.Object object internals:
OFF SZ TYPE DESCRIPTION VALUE
0 8 (object header: mark) 0x0000000000000001 (non-biasable; age: 0)
8 4 (object header: class) 0x00000e80
12 4 (object alignment gap)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total
main:java.lang.Object object internals:
OFF SZ TYPE DESCRIPTION VALUE
0 8 (object header: mark) 0x000000e4517ff700 (thin lock: 0x000000e4517ff700)
8 4 (object header: class) 0x00000e80
12 4 (object alignment gap)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total
t1:java.lang.Object object internals:
OFF SZ TYPE DESCRIPTION VALUE
0 8 (object header: mark) 0x000002210065f872 (fat lock: 0x000002210065f872)
8 4 (object header: class) 0x00000e80
12 4 (object alignment gap)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total整个锁升级状态的转变：
1.4、重量锁底层ObjectMonitor
需要找到openjdk，找到ObjectMonitor的两个文件，hpp，cpp
objectMonitor.hpp
ObjectMonitor() {
_header = NULL; // header存储着MarkWord
_count = 0; // 竞争锁的线程个数
_waiters = 0, // wait的线程个数
_recursions = 0; // 标识当前synchronized锁重入的次数
_object = NULL;
_owner = NULL; // 持有锁的线程
_WaitSet = NULL; // 保存wait的线程信息，双向链表
_WaitSetLock = 0 ;
_Responsible = NULL ;
_succ = NULL ;
_cxq = NULL ; // 获取锁资源失败后，线程要放到当前的单向链表中
FreeNext = NULL ;
_EntryList = NULL ; // _cxq以及被唤醒的WaitSet中的线程，在一定机制下，会放到EntryList中
_SpinFreq = 0 ;
_SpinClock = 0 ;
OwnerIsThread = 0 ;
_previous_owner_tid = 0;
}objectMonitor.cpp
TryLock
int ObjectMonitor::TryLock (Thread * Self) {
for (;;) {
// 拿到持有锁的线程
void * own = _owner ;
// 如果有线程持有锁，告辞
if (own != NULL) return 0 ;
// 说明没有线程持有锁，own是null，cmpxchg指令就是底层的CAS实现。
if (Atomic::cmpxchg_ptr (Self, &_owner, NULL) == NULL) {
// 成功获取锁资源
return 1 ;
}
// 这里其实重试操作没什么意义，直接返回-1
if (true) return -1 ;
}
}try_entry
bool ObjectMonitor::try_enter(Thread* THREAD) {
// 在判断_owner是不是当前线程
if (THREAD != _owner) {
// 判断当前持有锁的线程是否是当前线程，说明轻量级锁刚刚升级过来的情况
if (THREAD->is_lock_owned ((address)_owner)) {
_owner = THREAD ;
_recursions = 1 ;
OwnerIsThread = 1 ;
return true;
}
// CAS操作，尝试获取锁资源
if (Atomic::cmpxchg_ptr (THREAD, &_owner, NULL) != NULL) {
// 没拿到锁资源，告辞
return false;
}
// 拿到锁资源
return true;
} else {
// 将_recursions + 1，代表锁重入操作。
_recursions++;
return true;
}
}enter（想方设法拿到锁资源，如果没拿到，挂起扔到_cxq单向链表中）
void ATTR ObjectMonitor::enter(TRAPS) {
// 拿到当前线程
Thread * const Self = THREAD ;
void * cur ;
// CAS
cur = Atomic::cmpxchg_ptr (Self, &_owner, NULL) ;
if (cur == NULL) {
// 拿锁成功
return ;
}
// 锁重入操作
if (cur == Self) {
_recursions ++ ;
return ;
}
//轻量级锁过来的。
if (Self->is_lock_owned ((address)cur)) {
_recursions = 1 ;
_owner = Self ;
OwnerIsThread = 1 ;
return ;
}
// 走到这了，没拿到锁资源，count++
Atomic::inc_ptr(&_count);
for (;;) {
jt->set_suspend_equivalent();
// 入队操作，进到cxq中
EnterI (THREAD) ;
if (!ExitSuspendEquivalent(jt)) break ;
_recursions = 0 ;
_succ = NULL ;
exit (false, Self) ;
jt->java_suspend_self();
}
}
// count--
Atomic::dec_ptr(&_count);
}EnterI
for (;;) {
// 入队
node._next = nxt = _cxq ;
// CAS的方式入队。
if (Atomic::cmpxchg_ptr (&node, &_cxq, nxt) == nxt) break ;
// 重新尝试获取锁资源
if (TryLock (Self) > 0) {
assert (_succ != Self , "invariant") ;
assert (_owner == Self , "invariant") ;
assert (_Responsible != Self , "invariant") ;
return ;
}
}Java 多线程学习(二)
一个程序员最重要的能力是：写出高质量的代码！！
有道无术，术尚可求也，有术无道，止于术。
无论你是年轻还是年长，所有程序员都需要记住：时刻努力学习新技术，否则就会被时代抛弃！
