多線程第四節_synchronized

1. 設計同步器的意義

	多線程中，有可能會出現同一個線程訪問同一個共享資源，我們稱這個資源爲臨近資源，這種資源可以使對象，變量，文件。由於線程訪問的過程不可控，所以需要採用同步機制來協同對象可變狀態的訪問

1.1 如何解決線程併發安全問題

	序列化訪問臨界資源。在同一時刻只有一個線程可以訪問臨界資源，也稱作同步互斥訪問。java中提供了倆種方式實現同步互斥訪問 synchronized,lock;

2. synchronized原理詳解

	synchronized內置鎖是一種對象鎖，鎖的對象而非引用，作用力度是對象，可重入；加鎖的方式有三種，1同步實例方法，鎖當前實例對象；2同步類方法，鎖的當前類對象；3同步代碼塊，鎖的是括號裏的對象

2.1 synchronized的底層原理

	synchronized是基於jvm內置鎖實現，通過內部的monitor（監視器鎖）實現，基於進入退出monitor對象實現方法與代碼同步，monitor的實現依賴底層操作系統的mutex lock(互斥鎖)實現，它是一個重量級鎖，性能低，當然jvm1.5後進行了優化，如所粗化，鎖消除，輕量級鎖，偏向鎖，適應性自旋等減少鎖開銷。內置鎖的性能基本和lock持平。
     synchronized關鍵字被編譯成字節碼後會被翻譯成monitorenter和monitorexit倆條指令分別在同步塊邏輯代碼的其實位置與結束位置

2.2 monitor監視鎖

任何一個對象都有一個monitor與之關聯，當一個monitor被持有後，他將處於鎖定狀態；
    monitorenter：每個對象都是一個監視器鎖（monitor）。當monitor被佔用時就會處於鎖定狀態，線程執行 monitorenter指令時嘗試獲取monitor的所有權，過程如下他的執行過程如下：
    a 如果monitor的進入數爲0 ，則該線程進入monitor，然後進入數設置爲1，該線程既爲monitor的所有者
    b 如果線程已經佔有了monitor，只是重新進入，則monitor進入加1
    c 如果其他線程佔用了monitor,則該線程進入阻塞狀態，直到monitor的進入數爲0，在嘗試獲取monitor的所有權
 	
    monitorexit：執行monitorexit的線程必須對應的monitor持有者，執行指令時，monitor的進入數減一，如果減一後進入數爲0，則線程退出monitor，不再是這個monitor的持有者，其他被這個monitor阻塞的線程可以嘗試進入獲取這個monitor的所有權。
    
    通過上面兩段描述，我們應該能很清楚的看出Synchronized的實現原理，Synchronized的語義底層是通過一個monitor的對象來 完成，其實wait/notify等方法也依賴於monitor對象，這就是爲什麼只有在同步的塊或者方法中才能調用wait/notify等方法，否則 會拋出java.lang.IllegalMonitorStateException的異常的原因。

看一個案例

2.3 什麼是monitor

	可以理解成一個同步工具，或者一種同步機制，通常被描述爲一個對象。與一切皆對象一樣，所有的java對象天生的monitor,每一個java對象都有成爲monitor的潛質，因爲java設計中，每一個java對象自產生開始就帶了一把看不見的鎖，它叫內部鎖或者monitor鎖，也就是長說的synchronize對象鎖，markword的鎖標識爲10，其中指針指向的是monitor對象的起始地址。在Java虛擬機（HotSpot）中，Monitor是由ObjectMonitor實現的，其主要數據結構如下（位於 HotSpot虛擬機源碼ObjectMonitor.hpp文件，C++實現的）：

3. 對象的內存佈局

	hospot虛擬機中，對象在內存中存儲的佈局分爲三個區域，對象頭hearder,實例數據instance data，對其填充 padding
    1 對象頭，比如hash嗎，對象所屬的年代，對象鎖，鎖狀態標誌，
    2 實例數據，存放類的屬性數據信息
    3 對其填充，虛擬機要求對象起始地址必須是8字節的整數倍，只是爲了對齊字節

3.1 對象頭

	hotspot虛擬機的對象頭包含倆部分信息，Markword,存儲對象自身的運行時數據，如哈希嗎，gc分代年齡，鎖狀態標誌，線程持有的鎖，偏向線程id,偏向時間戳等它是實現輕量級鎖和偏向鎖的關鍵

3.2 對象頭分析工具

3.3 鎖膨脹升級過程

	鎖的狀態總共有四種，無鎖狀態、偏向鎖、輕量級鎖和重量級鎖。隨着鎖的競爭，鎖可以從偏向鎖升級到輕量級鎖，再升級的重 量級鎖，但是鎖的升級是單向的，也就是說只能從低到高升級，不會出現鎖的降級。從JDK 1.6 中默認是開啓偏向鎖和輕量級鎖 的，可以通過-XX:-UseBiasedLocking來禁用偏向鎖。下圖爲鎖的升級全過程：

3.3.1 偏向鎖

3.3.2 輕量級鎖

3.3.3 自旋鎖

3.3.4 鎖消除

3.3.5 逃逸分析