java锁synchronized与lock java锁synchronized原理

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mob64ca140ee96c 2023-09-21 01:25:21

文章标签 java 多线程并发编程 sed Word 文章分类 Java 后端开发

synchronized简介

synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。保证同一时刻最多只有1个线程执行被Synchronized修饰的方法 / 代码。Synchronized可以修饰代码块、方法、类，但其本质是在类上上锁。
对于普通同步方法，锁的是当前实例对象。
对于静态同步方法，锁的是当前类的Class对象。
对于同步方法块，锁的是synchronized括号中配置的对象。

synchronized原理之对象信息

ReentrantLock是通过aqs中state管理锁状态，那么synchronized是怎么做到的呢，所有我们猜测是不是synchronized也是通过类似的模式来实现锁的功能，带着这样的疑问我们走进synchronized。

对象内存信息

通过添加如下的依赖，可以打印对象在内存中的信息

<dependency>
			<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
			<artifactId>jol-core</artifactId>
			<version>0.10</version>
		</dependency>

public class SynchronizedDemo {
    private char c;
}

	//调用此方法可输出对象内存信息
	System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());

输出如下信息（64位HoSpot）：

com.suning.demo.thead.sync.SynchronizedDemo object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
      4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4        (object header)                           52 c3 00 20 (01010010 11000011 00000000 00100000) (536920914)
     12     2   char SynchronizedDemo.c                         
     14     2        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 2 bytes external = 2 bytes total

可以看出，分为3快
1、object header 对象头，占12bytes
2、实例数据，即我们自己在类中定义的数据，自定义对象中只定义char，占2bytes
3、对齐填充，上图占2bytes，这是因为JVM规范中要求对象大小必须是8的倍数(计算机软硬件要求)

对象头

遇事看文档，上openjdk的文档，有 object header的介绍，具体如下图：

java锁synchronized与lock java锁synchronized原理_Word

大概意思：每个GC管理的堆对象的开始处的公共结构。包括有关堆对象的布局、类型、GC状态、同步状态和标识哈希代码的基本信息。每个对象头的第一部分为mark word，第二部分为klass pointer。

先解释下概念:

1、Mark Word（标记字）主要用来存放同步状态和标识哈希码，可能包含GC状态位、存放该对象的hashCode；

2、Klass Word是一个指向方法区中Class信息的指针，意味着该对象可随时知道自己是哪个Class的实例；

我们来看下openjdk源码oop.hpp类，它是所有类的父类，有markWord和Klass属性，所有每个类都会存在这两个属性。

class oopDesc {
  friend class VMStructs;
  friend class JVMCIVMStructs;
 private:
  volatile markWord _mark;
  union _metadata {
    Klass*      _klass;
    narrowKlass _compressed_klass;
  } _metadata;

Mark Word

从Mark Word的解释看，存放同步状态，所以很大可能通过Mark Word内部管理的元素来控制所，下面重点研究下Mark Word。

上面看到oop.hpp类为有类的父类，所有我们看下markWord属性，源码为markWord.hpp类，类上有一部分对象头的注解。

//  32 bits:
//  --------
//hash:25 ------------>| age:4    biased_lock:1 lock:2 (normal object)
//JavaThread*:23 epoch:2 age:4    biased_lock:1 lock:2 (biased object)
//
//  64 bits:
//  --------
//  unused:25 hash:31 -->| unused_gap:1   age:4    biased_lock:1 lock:2 (normal object)
//  JavaThread*:54 epoch:2 unused_gap:1   age:4    biased_lock:1 lock:2 (biased object)

以64位虚拟机为例：
unused:25 未使用占用25bit
hash:31 hash占用31bit
unused_gap:1 未使用占用1bit
age:4 分代年龄占用4bit
biased_lock:1 偏向锁占用4bit
lock:2 锁状态占用1bit
总共64bit，也就是8byte，所有上文中SynchronizedDemo对象的内存信息中，上面两行object heade为Mark Word，下面一行为Klass Word。

//    [JavaThread* | epoch | age | 1 | 01]       lock is biased toward given thread
//    [0           | epoch | age | 1 | 01]       lock is anonymously biased
//
//  - the two lock bits are used to describe three states: locked/unlocked and monitor.
//
//    [ptr             | 00]  locked             ptr points to real header on stack
//    [header      | 0 | 01]  unlocked           regular object header
//    [ptr             | 10]  monitor            inflated lock (header is wapped out)
//    [ptr             | 11]  marked             used to mark an object
//    [0 ............ 0| 00]  inflating          inflation in progress

同时还有一段注解表示对象状态，共5种状态
1、无状态初始状态
2、偏向锁
3、轻量级锁
4、重量级锁
5、gc标记
上图注解中，看出根据偏向锁和锁状态两个字段控制对象状态，具体情况看下图

java锁synchronized与lock java锁synchronized原理_java_02