Java 并发同步原理高级

故事人物。

老王 - JVM

Xiao Nan - 线程.

小女孩 - 线程。

房间 - 对象。

在房间的门上 - 防盗锁 - 显示器重量级锁。

房间上门-小楠书包-轻量锁。

在房间的门上 - 刻有小南的名字 - 偏置锁 - 该物体是线程独有的。

批量重新写入 - 一类偏置锁撤销达到 20 阈值 - 批量重新偏置。

无法雕刻名称 - 批量撤销对此类对象的偏差锁定，并将该类设置为无偏差。

小楠想利用这个房间来保证计算不受其他人的干扰（原子性），最初，他在切换上下文时用防盗锁锁住了门。 这样一来，就算他走了，别人也进不了门，他的工作也安全了。

然而，在许多情况下，没有人与他争夺使用房间的权利。 小姑娘想用房间，但是用的时间错开，小楠白天用，小姑娘晚上用。 每次都锁起来太麻烦了，有没有更简单的方法？

萧楠和小姑娘商量了一下，答应不锁门，但谁用了房间，谁把书包挂在门口，可是他们的书包都是一样的款式，所以每次进门前，他们都要翻阅书包，看看课本是谁，是不是自己的， 然后他们就可以进门了，这样一来，这个省就被锁住了，也没上锁了。如果包不是你自己的，那就在门外等着，下次通知对方锁门。

后来，小女孩回到了老家，很长一段时间都不会使用这个房间。 小楠还是每次都挂着书包，翻着书包，虽然比锁门容易，但是他还是觉得麻烦。

于是，萧楠干脆在门上刻上了自己的名字：【萧楠的专属房间，别人不该用]，下次你来用房间的时候，只要名字还在，那就说明没有人打扰你，你还是可以放心使用的房间。 如果在此期间有人想使用这个房间，那么用户将删除小楠的名字，并将其升级为书包。

同学们都回老家过节了，小楠膨胀了，在20个房间里刻下了自己的名字，他想进去就进去什么。 后来，他回老家度假，这时小姑娘回来了（她也不得不使用这些房间），结果他不得不把萧南可的名字一一抹掉，升级为挂书包的方式。 老王觉得成本有点高，提出了批量重刻的方法，他让小女孩不用挂书包，可以直接在门上刻上自己的名字。

后来，刻名字的现象越来越频繁，老王也受不了了：算了，这些房间是不能刻的，只能挂书包---设置了这种不偏不倚。

它反映在节代码指令中。

如果有竞争，轻量级锁升级为重量级锁。

轻量级锁对消费者是透明的，即语法保持不变synchronized

假设有两种方法可以同步块，锁定同一个对象。

static final object obj = new object();public static void method1() public static void method2()

让锁记录中的对象引用指向锁对象，并尝试将对象的标记字替换为 cas（比较和交换、原子性），并将标记字的值保存在锁记录中。

如果 CAS（比较和交换）替换成功，则对象将存储在标头中锁记录地址和状态 00，表示线程已锁定对象，如下所示。

如果 CAS（比较和交换）失败，有两种情况。

如果另一个线程已在对象上持有轻量级锁，则表示存在争用，并且锁扩展过程开始。

如果你自己做同步锁重入器，然后添加锁定记录作为重入计数，如示例中所示。

退出同步块时（解锁时），如果存在值为 null 的锁定记录，则表示存在 reentriency，然后重置锁定记录，这意味着 reentrancy count 为负 1（锁定重入者数）。

退出同步块时（解锁时），锁定记录的值不为空，则使用 CAS（比较和交换、原子性）将标记字的值恢复到对象标头。

如果成功，则解锁将成功。

如果失败，则轻量级锁已充气或升级为重量级锁，并且重量级锁的解锁过程已经开始。

如果 CAS 操作在尝试添加轻量级锁时失败，则另一个线程会向对象添加轻量级锁（存在争用），并且需要锁扩展才能将轻量级锁转换为重量级锁。

static object obj = new object();public static void method1()

此时，thread-1 和轻量级锁失败，进入锁扩容过程。

即为对象对象申请一个监视器锁，让对象指向重量级锁地址。

然后进入监视器的进入列表，自己被阻止

当 thread-0 退出同步块解锁时，使用 cas 将标记字的值恢复到对象标头失败。 这时会进入重量级的解锁过程，即根据监控地址找到监控对象，将 owner 设置为 null，唤醒 entrylist 中阻塞的线程。

Spin 还可用于优化重量级锁何时处于争用状态，以便如果当前线程成功旋转（即，保持锁的线程已退出同步块并释放锁），则当前线程可以避免阻塞。

旋转重试成功的条件。

线程 2 旋转重试 3 次以成功锁定，以免被阻塞。

旋转重试失败的情况。

线程 2 一直在旋转，最终被阻塞。

旋转占用 CPU 时间，单核 CPU 旋转是浪费，多核 CPU 旋转是优势。

在 J**A 6 之后，自旋锁是自适应的，例如，如果对象刚刚在一次自旋操作中成功，那么它认为自旋成功的概率会很高，所以它多旋转几次;相反，旋转更少甚至没有旋转，总之，它更聪明。

j**a 7 之后，您将无法控制是否打开旋转功能。

轻量级锁仍然需要执行 CAS 操作，每次在没有争用的情况下（在其自己的线程中）重新进入锁。

在 J**A 6 中，引入了偏置锁定进行进一步优化：只有第一次使用 CAS 将线程 ID 设置为对象的标记字头，然后发现线程 ID 是你自己的，就意味着没有争用，也不需要重新 CAS。 将来，只要没有竞争，对象就归线程所有。

例如：

static final object obj = new object();public static void m1() public static void m2() public static void m3()

调用对象标头格式。

|--mark word (64 bits) |state | unused:25 | hashcode:31 | unused:1 | age:4 | biased_lock:0 | 01 | normal |正常 |- 偏置锁 | thread:54 | epoch:2 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | 01 | biased | ptr_to_lock_record:62 | 00 | lightweight locked |轻量级 |- 重量级 | ptr_to_he**yweight_monitor:62 | 10 | he**yweight locked | 11 | marked for gc |

如果启用了偏置锁定（默认启用），则在创建对象后，标记字值为 0x05，即最后 3 位为 101，其线程、纪元和年龄均为 0

偏置锁默认是延时的，程序启动时不会立即生效，休眠4s后可以勾选，如果想避免延时，可以添加vm参数-xx:biasedlockingstartupdelay=0以禁用延迟。

如果未启用偏置锁，则在创建对象后，标记字值为0x01，即最后 3 位为 001，则其哈希码和年龄为 0，首次使用哈希码时会赋值。

class dog {}

POM 文件。

org.openjdk.jol jol-core 0.10

添加 VM 参数 -xx：biasedlockingstartupdelay=0 public static void main（string args） throws ioexception logdebug("同步"); system.out.println(classlayout.toprintable***true));"t1").start();

11:08:58.117 c.testbiased[t1] -同步 11：0 00000101 8：58121 c.testbiased [t1] -synchronized 00000000 00000000 00000000 000000000 00000000 00011111 11101011 110100000 00000101与上面输出的差异，查看 11：08：58121 c.testbiased [t1] - 在 00000000 00000000 0000000 0000000 00011111 11101011 11010000 00000101处于偏置锁中后同步，除非有新的争用，否则线程 ID 保持不变

注意当处于偏置锁中的对象被解锁时，线程 ID 仍存储在对象标头中。

输出。

11:13:10.018 c.testbiased [t1] -同步了第一个 00000000 000000000 000000000 0000000000 0000000000 00000000000 0000000000 00000001 三个日志的最后三位数字不是 101 11：13：10021 c.testbiased[t1] -在 00000000 000000000 00000000 00000000 0000000 001000000 00010100 11110011 10001000 中同步 轻量级锁 11：13：10021 c.testbiased [t1] -synchronized 0000000000 0000000000 000000000000 00 00 00000001 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

正常状态对象开始时没有哈希码，并在第一次调用时生成。

调用哈希码会导致偏置锁被禁用。 因为如果处于偏锁状态，线程id已经存储好了，然后又存储了哈希码，空间不够，所以无法存储。 所以此时状态会变为正常状态。 此外，轻量级锁的哈希码存储在堆栈帧的锁记录中，重量级锁的哈希码存储在监控对象中，解锁时会恢复。

调用对象的哈希码，但线程 ID 存储在偏锁对象的标记字中，如果调用了哈希码，则偏置锁将被撤销。

轻量级锁在锁记录中记录哈希码

重量级锁在监视器中记录哈希码

调用哈希码后使用偏置锁，记得删除它们-xx:-usebiasedlocking

输出。

11:22:10.386 c.testbiased [main] - 调用哈希代码：1778535015 11：22：10391 c.testbiased [t1] -同步前端 00000000 00000000 00000000 01101010 00000010 01001010 01100111 00000001 11：22：10393 c.testbiased[t1] -同步 00000000 000000000 000000000 000000000 001000000 11000011 11110011 01101000 11：22：10393 c.testbiased [t1] -在 00000000 00000000 00000000 01101010 00000010 01001010 01100111 00000001后同步

private static void test2（） 抛出 interruptedException 锁当前类对象同步 （testbiased.）。类）如果不使用 wait notify 来使用 join，则必须打开以下注释，因为：t1 线程无法结束，否则底层线程可能会被 jvm 作为 t2 线程复用，并且底层线程 id 相同 *try catch （ioexception e） * }，"t1"); t1.start();thread t2 = new thread(()catch (interruptedexception e) log.debug(classlayout.parseinstance(d).toprintable***true));synchronized (d) log.debug(classlayout.parseinstance(d).toprintable***true));"t2"); t2.start();

[t1] -000000000 00000000 00000000 00000000 00011111 01000001 00010000 00000101处于偏置锁定状态 [t2] -0000000000 000000000 00000000 00011111 01000001 00010000 00000101 T2 线程未锁定且 T1 一致 [T2] -00000 00000 00000000 000000000 00000000 00011111 10110101 11110000 010000000 在轻量级锁 [t2] -0000000000 00000000 0000000000 000000000000 0000000000 解锁后00000001是无偏的

public static void main(string args) throws interruptedexception catch (interruptedexception e) log.debug(classlayout.parseinstance(d).toprintable***true));"t1"); t1.start();new thread(()catch (interruptedexception e) synchronized (d) "t2").start();

[t1] -0000000000 000000000 000000000 000000000 000000000 000000000 000000000 00000101 偏置锁定 [t1] -000000000 000000000 00000000 00011111 10110011 11111000 00000101锁 [t2] -notify [t1] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00011100 11010100 00001101 11001010重量级锁

当吊销偏置锁定阈值超过 20 次时，JVM 会认为我是否偏错了，并在锁定这些对象时重新偏向锁定的线程。

private static void test3() throws interruptedexception }synchronized (list) "t1"); t1.start();thread t2 = new thread(()catch (interruptedexception e) log.debug("***"); for (int i = 0; i < 30; i++)log.debug(i + "\t" + classlayout.parseinstance(d).toprintable***true));"t2"); t2.start();

[t1] -0 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 //- 偏置锁 |t1] -1 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -2 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -3 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -4 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -5 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -6 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -7 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -8 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -9 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -10 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -11 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -12 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -13 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -14 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -15 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -16 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -17 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -18 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -19 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -20 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -21 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -22 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -23 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -24 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -25 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -26 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -27 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -28 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t1] -29 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t2] -t2] -0 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 //偏置到 T1 锁定 [t2] -0 00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 01011000 11110111 00000000 //撤销偏置锁，升级到轻量级锁 [.]t2] -0 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 //在非偏置锁定中，也就是说，正常状态 [t2] -1 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t2] -1 00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 01011000 11110111 00000000 [t2] -1 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 [t2] -2 00000000 00000000 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00000000 [t2] -18 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 [t2] -19 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 //第 20 个对象开始，所有这些都处于偏向 t2 的偏置锁中 [t2] -19 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 //批量复偏置，后者都是偏向 t2 的偏置锁t2] -19 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -20 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t2] -20 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -20 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -21 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t2] -21 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -21 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -22 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t2] -22 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -22 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -23 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t2] -23 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -23 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -24 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t2] -24 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -24 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -25 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t2] -25 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -25 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -26 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t2] -26 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -26 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -27 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t2] -27 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -27 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -28 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t2] -28 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -28 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -29 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 [t2] -29 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 [t2] -29 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101

这里就不打印日志了，你可以自己想想。

static thread t1,t2,t3; private static void test4() throws interruptedexception }locksupport.unpark(t2); "t1"); t1.start();t2 = new thread(()log.debug(i + "\t" + classlayout.parseinstance(d).toprintable***true));locksupport.unpark(t3); "t2"); t2.start();t3 = new thread(()log.debug(i + "\t" + classlayout.parseinstance(d).toprintable***true));"t3"); t3.start();t3.join();log.debug(classlayout.parseinstance(new dog())toprintable***true));

@fork(1) @benchmarkmode(mode.**eragetime) @warmup(iterations=3) @measurement(iterations=5) @outputtimeunit(timeunit.nanoseconds) public class mybenchmark @benchmark public void b() throws exception }

benchmark mode samples score score error units c.i.mybenchmark.a **gt 5 1.542 0.056 ns/op c.i.mybenchmark.b **gt 5 1.518 0.091 ns/op

j**a -xx:-eliminatelocks -jar benchmarks.jar

benchmark mode samples score score error units c.i.mybenchmark.a **gt 5 1.507 0.108 ns/op c.i.mybenchmark.b **gt 5 16.976 1.572 ns/op

多次锁定同一对象，导致线程多次重入，可以使用锁粗化进行优化，这与之前细分锁的粒度不同。

作者：|老城区清道夫|

*：cnblogs.com/xiaoyh/p/17157540.html