Java Synchronized实现原理

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python/Java

正文

Java对象头和Monitor是实现synchronized的基础！

一、Java对象头

对象头主要包括两部分数据：Mark Word（标记字段）、Klass Pointer（类型指针）。

1、Klass Pointer

是对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

2、Mark Word

用于存储对象自身的运行时数据，如HashCode、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等等

二、Monitor

我们可以把它理解为同步工具，也可以描述为一种同步机制，它通常被描述为对象监视器。

当多个线程同时请求某个对象监视器时，对象监视器会设置几种状态用来区分请深圳市的线程。

Contention List	所有请求锁的线程将被首先放置到该竞争队列
Entry List	Contention List中那些有资格成为候选人的线程被移到Entry List
Wait Set	那些调用wait方法被阻塞的线程被放置到Wait Set
OnDeck	任何时刻最多只能有一个线程正在竞争锁，该线程称为OnDeck
Owner	获得锁的线程称为Owner
!Owner	释放锁的线程

新请求锁的线程将首先被加入到ConetentionList中，当某个拥有锁的线程（Owner状态）调用unlock之后，如果发现EntryList为空则从ContentionList中移动线程到EntryList.

1、ContentionList 虚拟队列

ContentionList并不是一个真正的Queue，而只是一个虚拟队列，原因在于ContentionList是由Node及其next指针逻辑构成，并不存在一个Queue的数据结构。ContentionList是一个先进先出（FIFO）的队列，每次新加入Node时都会在队头进行，通过CAS改变第一个节点的的指针为新增节点，同时设置新增节点的next指向后续节点，而取得操作则发生在队尾。显然，该结构其实是个Lock-Free的队列。
因为只有Owner线程才能从队尾取元素，也即线程出列操作无争用，当然也就避免了CAS的ABA问题。

2、EntryList

EntryList与ContentionList逻辑上同属等待队列，ContentionList会被线程并发访问，为了降低对ContentionList队尾的争用，而建立EntryList。Owner线程在unlock时会从ContentionList中迁移线程到EntryList，并会指定EntryList中的某个线程（一般为Head）为Ready（OnDeck）线程。Owner线程并不是把锁传递给OnDeck线程，只是把竞争锁的权利交给OnDeck，OnDeck线程需要重新竞争锁。这样做虽然牺牲了一定的公平性，但极大的提高了整体吞吐量，在Hotspot中把OnDeck的选择行为称之为“竞争切换”。OnDeck线程获得锁后即变为owner线程，无法获得锁则会依然留在EntryList中，考虑到公平性，在EntryList中的位置不发生变化（依然在队头）。如果Owner线程被wait方法阻塞，则转移到WaitSet队列；如果在某个时刻被notify/notifyAll唤醒，则再次转移到EntryList。

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