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synchronized原理

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synchronized原理

2、synchronized原理

在synchronized的内部包括 ContentionList、EntryList、 WaitSet、OnDeck、Owner、!Owner这6个区域每个区域的数据都代表所的不同状态。

  • ContentionList:锁竞争队列,所有请求数的线程都被放在竞争队列中。
  • EntryList:竞争候选列表,在ContentionList中有资格成为候选者来竞争锁资源的线程被移动到了EntryList中。
  • WaitSet:等待集合,调用wait方法后把被阻塞的线程将被放在WaitSet中
  • OnDeck:竞争候选者,在同一时刻最多只有一个线程在竞争锁资源,该县城的状态被称为OnDeck。
  • Owner:竞争到锁资源的线程被称为Owner状态线程。
  • ! Owner:在 Owner线程释放锁后,会从 Owner状态变为!Owner。

Synchronize的在收到新的锁请求时首先自旋,如果通过自旋也没有获取锁资源,则将被放入所竞争队列ContentionList中。

为了防止锁竞争时 ContentionList尾部的元素被大量的并发线程进行CAS访问而影响性能, Owner线程会在释放锁资源时,将ContantionList的部分线程移动到EntryList中并指定EntryList的某个线程。(一般是最先进入的线程)为OnDeck线程。 Owner线程并没有直接把锁传递给OnDdeck线程,而是把锁竞争的权力交给OnDeck线程重新竞争锁。在Java中把该行为称为竞争切换,该行为牺牲了公平性,但提高了性能。

获取到资源的OnDeck线程会变为Owner线程,而未获取到锁资源的线程仍然停留在EntryList中。

Owner线程被wait的方法阻塞后,会被转移到WaitSet队列中,直到某个时刻被 notify方法或者notifyAll方法唤醒,会再次进入EntryList中。ContentionList、 EntryList、WaitSet中的线程均为阻塞状态,该阻塞是由操作系统来完成的(在Linux内核下是采用 pthread_mutex_lock内核实现的)。

Owner线程在执行完毕后会释放锁的资源,并变!Owner状态如图所示:

在synchronized中,在线程进入ContentionList之前,等待的线程会先尝试以自旋的方式获取锁,如果获取不到就进入ContentionList中,该做法对于已经进入队列的线程是不公平的,因此synchronized是非公平锁。另外,自旋获取锁的线程也可以直接抢占OnDeck线程的锁资源。

synchronized是一个重量级操作,需要调用操作系统的相关接口,性能较低,给线程加锁的时间有可能超过获取锁后具体逻辑代码的操作时间。

JDK1.6对synchronized做了许多优化,引入了适应自旋、锁消除、锁粗化,轻量级锁及偏向锁等,以提高锁的效率,锁可以从偏向锁升级到轻量级锁再升级到重量级锁,这种升级过程叫做锁膨胀,在jdk1.6中默认开启了偏向锁和轻量级锁,可以通过XX:UsebiasedLocking禁用偏向锁。

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