生活

天氣賊好的一個禮拜二的吃完晚飯的晚上。
他們去聽課了。
不想寫程式碼。
我在這看點東西吧~

閒談

對於synchronized的記憶是最早對同步的概念。那時候聊到同步，就會說到StringBuilder和StringBuffer，裡面 的方法都是一樣的，但是StringBuffer裡的方法都加了synchronized來修飾，所以是執行緒安全的。
這個關鍵字在JDK1.6以前還是挺笨重的，效能很差，在1.6以後做了很多優化，引入了偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖的概念，效能上已經和ReentrantLock不分上下了。所以今天就來講講這個JVM語義上的互斥鎖。

本章的學習目的

1、物件頭
2、鎖優化

場景

下面來一個生活中的實際場景，多執行緒的1000人搶1000張票。
前面我們講到volatile關鍵字起到可見性的作用，所以這裡直接用volatile來修飾共享變數，看看會有啥效果呢？
下面直接上案例程式碼：

public class Test {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(100);
        for(int i=0;i<100;i++){
            new Thread(new BuyTicket(latch)).start();
        }
        latch.await();
        System.out.println(BuyTicket.ticket);
    }

    static class BuyTicket implements Runnable {
        public static volatile  int ticket = 100;
        private CountDownLatch latch;

        @Override
        public void run() {
            
                try {
                    Thread.sleep(5L);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                ticket--;
                latch.countDown();

        }

        public BuyTicket(CountDownLatch latch) {
            this.latch = latch;
        }
    }
}
 

每次執行後得到的餘票都比0大，說明volatile這個關鍵字本身不是執行緒安全的。
需要加鎖實現執行緒安全：

synchronized(BuyTicket.class){
  try {
                    Thread.sleep(5L);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                ticket--;
                latch.countDown();
}
 

加了鎖以後會發現明細的卡慢，並且經過多次實現得到的餘票都是0，說明用synchronized來實現執行緒安全是可行的。

使用

1、synchronized 修飾靜態方法，加鎖物件是 類名.class物件
2、synchronized 修飾非靜態方法，加鎖物件this
3、synchronized修飾 程式碼塊，加鎖物件即括號裡的物件。

原理（反編譯）

1、
關於synchronized的實現原理，要從兩個命令說起，先來看下上述BuyTicket反編譯的結果：

通過synchronized 修飾同步程式碼塊，反編譯後主要關注以上圈紅的命令。
關於monitor:每個物件都有一個物件監視器，monitor;當monitor被佔用時物件就處於鎖定狀態。
1.1 monitorenter
執行緒通過執行monitorenter指令嘗試佔用monitor物件的過程如下：
a:如果monitor的進入數為0，則該執行緒進入monitor，進入數+1，此時該執行緒佔用monitor,即成為該monitor的所有者。
b:如果該執行緒已經佔用monitor，只是重新進入，只需要monitor+1即可
c:如果其他執行緒已經佔用monitor,則該執行緒進入阻塞狀態，直到monitor進入數減為0，才會嘗試去佔用monitor.
1.2 monitorexit
執行monitorexit的執行緒必須是對應的monitor所有者執行緒。
執行monitorexit時，monitor進入數-1，直到進入數減為0，這個執行緒退出monitor，不再是這個monitor的所有者。其他被阻塞的執行緒將被喚醒參與monitor的競爭佔用。

注意1：
可以看到上面反編譯的結果裡有兩個monitorexit,第二個monitorexit其實是為了在出現異常時退出monitor使用的。
注意2：
synchronized依賴於monitor來實現同步，Object中的wait和notify其實也是依賴於monitor實現的，所以當不在同步塊執行這兩個方法時會報錯：
java.lang.IllegalMonitorStateException

2、上面是同步程式碼塊的反編譯，下面來看下同步方法的反編譯結果：
先來非靜態同步方法：

 public synchronized void  say(){
        System.out.println("hello");
    }

反編譯結果如下

可以看到在非靜態同步方法下，反編譯後，發現非靜態同步方法通過對ACC_SYNCHRONIZED的設定標誌是否同步。
在執行方法前，指定會先查詢ACC_SYNCHRONIZED是否被標記，如果被標記，則嘗試獲取monitor，獲取成功後執行方法體，執行完畢退出monitor。方法執行期間，其他執行緒無法獲取monitor.

靜態同步方法是一樣的，無非是鎖定的物件為類.class,還多個標誌 ACC_STATIC，代表靜態。

物件頭

物件頭也是個很重要的概念，記得第一次聽到他還是半年前，那個時候面試的時候，問到synchronized的時候，面試官聊到這個物件頭的時候就一臉懵逼了。

前面講到同步的時候，要先獲取佔用物件的monitor,也就是獲取物件的鎖，那這個monitor是什麼呢、這個monitor其實就是一個物件的標記，這個標記就是存在物件的物件頭裡的。
物件頭裡存放了物件的hashcode,分代年齡，鎖標記位。

JDK1.6下，鎖一共有四種狀態，分別是無鎖狀態、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖。
這幾種狀態隨著競爭激烈程度而隨之升級。
鎖可以升級但是不能降級，也就是說輕量級鎖不能降級為偏向鎖，之所以這麼設計的原因是為了提高獲取鎖和釋放鎖的效率。

偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖

偏向鎖

偏向鎖獲取：
當一個執行緒訪問同步塊並獲取鎖時，會在物件頭和棧幀的鎖記錄裡儲存鎖偏向的執行緒ID，
以後該執行緒進入和退出同步塊不需要通過cas來加鎖和釋放鎖，只需測試物件頭裡markword裡是否儲存了當前執行緒的鎖偏向ID,
如果測成功，則說明已經獲取鎖。
如果測試不成功，則判斷鎖標記位是否為1【代表偏向鎖】。
如果不是1，則嘗試cas競爭鎖，
如果是1，則嘗試通過cas將物件頭的偏向鎖指向當前執行緒。

偏向鎖撤銷：
偏向鎖使用了一種等到競爭出現才會釋放鎖的機制。所以當其他執行緒嘗試獲取鎖時，持有偏向鎖的執行緒才會釋放。

偏向鎖的撤銷，需要等待全域性安全點（即沒有位元組碼執行）。
首先暫停持有偏向鎖的執行緒，然後判斷這個執行緒是否活著，如果已經死亡就直接設定物件頭為無鎖。
如果還活著，擁有偏向鎖的棧會執行。
棧中的鎖記錄和物件頭裡的markword要麼偏向於其他執行緒，要麼設定為無鎖或者不適用偏向鎖，升級為輕量級鎖。最後喚醒暫停的執行緒。

如果關閉偏向鎖：
偏向鎖在Java 6和Java 7裡是預設啟用的，但是它在應用程式啟動幾秒鐘之後才啟用，如有必要可以使用JVM引數來關閉延遲：-XX:BiasedLockingStartupDelay=0。如果你確定應用程式裡所有的鎖通常情況下處於競爭狀態，可以通過JVM引數關閉偏向鎖：-XX:-UseBiasedLocking=false，那麼程式預設會進入輕量級鎖狀態

輕量級鎖

加鎖：
執行緒在執行同步塊之前，JVM會在當前執行緒的棧幀中建立存放鎖記錄的空間，並將物件頭中的markword複製過來。然後嘗試將物件頭裡的mark word指向鎖記錄的指標。如果成功，執行緒就獲得鎖，如果失敗，執行緒將cas自旋嘗試。

解鎖：
輕量級鎖解鎖時，會cas嘗試把執行緒棧幀中的鎖記錄（Displaced Mark Word）替換到物件頭。如果成功，說明沒加競爭。如果失敗，說明存在鎖競爭，鎖就會膨脹成重量級鎖。

重量級鎖

輕量級鎖一旦升級為重量級鎖，就不能降級。
此時當有一個執行緒獲得鎖進入同步快執行時，其他執行緒都只能阻塞在同步快外面，等待這個執行緒執行完畢，釋放鎖，喚醒等待的執行緒去競爭。

後記

洗洗睡覺