多线程第四节_synchronized

1. 设计同步器的意义

	多线程中，有可能会出现同一个线程访问同一个共享资源，我们称这个资源为临近资源，这种资源可以使对象，变量，文件。由于线程访问的过程不可控，所以需要采用同步机制来协同对象可变状态的访问

1.1 如何解决线程并发安全问题

	序列化访问临界资源。在同一时刻只有一个线程可以访问临界资源，也称作同步互斥访问。java中提供了俩种方式实现同步互斥访问 synchronized,lock;

2. synchronized原理详解

	synchronized内置锁是一种对象锁，锁的对象而非引用，作用力度是对象，可重入；加锁的方式有三种，1同步实例方法，锁当前实例对象；2同步类方法，锁的当前类对象；3同步代码块，锁的是括号里的对象

2.1 synchronized的底层原理

	synchronized是基于jvm内置锁实现，通过内部的monitor（监视器锁）实现，基于进入退出monitor对象实现方法与代码同步，monitor的实现依赖底层操作系统的mutex lock(互斥锁)实现，它是一个重量级锁，性能低，当然jvm1.5后进行了优化，如所粗化，锁消除，轻量级锁，偏向锁，适应性自旋等减少锁开销。内置锁的性能基本和lock持平。
     synchronized关键字被编译成字节码后会被翻译成monitorenter和monitorexit俩条指令分别在同步块逻辑代码的其实位置与结束位置

2.2 monitor监视锁

任何一个对象都有一个monitor与之关联，当一个monitor被持有后，他将处于锁定状态；
    monitorenter：每个对象都是一个监视器锁（monitor）。当monitor被占用时就会处于锁定状态，线程执行 monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下他的执行过程如下：
    a 如果monitor的进入数为0 ，则该线程进入monitor，然后进入数设置为1，该线程既为monitor的所有者
    b 如果线程已经占有了monitor，只是重新进入，则monitor进入加1
    c 如果其他线程占用了monitor,则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，在尝试获取monitor的所有权
 	
    monitorexit：执行monitorexit的线程必须对应的monitor持有者，执行指令时，monitor的进入数减一，如果减一后进入数为0，则线程退出monitor，不再是这个monitor的持有者，其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试进入获取这个monitor的所有权。
    
    通过上面两段描述，我们应该能很清楚的看出Synchronized的实现原理，Synchronized的语义底层是通过一个monitor的对象来 完成，其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象，这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，否则 会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。

看一个案例

2.3 什么是monitor

	可以理解成一个同步工具，或者一种同步机制，通常被描述为一个对象。与一切皆对象一样，所有的java对象天生的monitor,每一个java对象都有成为monitor的潜质，因为java设计中，每一个java对象自产生开始就带了一把看不见的锁，它叫内部锁或者monitor锁，也就是长说的synchronize对象锁，markword的锁标识为10，其中指针指向的是monitor对象的起始地址。在Java虚拟机（HotSpot）中，Monitor是由ObjectMonitor实现的，其主要数据结构如下（位于 HotSpot虚拟机源码ObjectMonitor.hpp文件，C++实现的）：

3. 对象的内存布局

	hospot虚拟机中，对象在内存中存储的布局分为三个区域，对象头hearder,实例数据instance data，对其填充 padding
    1 对象头，比如hash吗，对象所属的年代，对象锁，锁状态标志，
    2 实例数据，存放类的属性数据信息
    3 对其填充，虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，只是为了对齐字节

3.1 对象头

	hotspot虚拟机的对象头包含俩部分信息，Markword,存储对象自身的运行时数据，如哈希吗，gc分代年龄，锁状态标志，线程持有的锁，偏向线程id,偏向时间戳等它是实现轻量级锁和偏向锁的关键

3.2 对象头分析工具

3.3 锁膨胀升级过程

	锁的状态总共有四种，无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。随着锁的竞争，锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级的重 量级锁，但是锁的升级是单向的，也就是说只能从低到高升级，不会出现锁的降级。从JDK 1.6 中默认是开启偏向锁和轻量级锁 的，可以通过-XX:-UseBiasedLocking来禁用偏向锁。下图为锁的升级全过程：

3.3.1 偏向锁

3.3.2 轻量级锁

3.3.3 自旋锁

3.3.4 锁消除

3.3.5 逃逸分析