https://blog.csdn.net/qq_33375499/article/details/105161343 Synchnized和lock的区别 Synchronized是悲观锁 CAS是乐观锁
锁的状态
无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁锁对比
锁 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
偏向锁 | 加锁和解锁不需要额外的消耗,和执行非同步方法相比仅存在纳秒级的差距 | 如果线程间存在锁竞争,会带来额外的锁撤销的消耗 | 适用于只有一个线程访问同步块场景 |
轻量级锁 | 竞争的线程不会阻塞,提高了程序的响应速度 | 如果始终得不到索竞争的线程,使用自旋会消耗CPU | 追求响应速度,同步块执行速度非常快 |
重量级锁 | 线程竞争不使用自旋,不会消耗CPU | 线程阻塞,响应时间缓慢 | 追求吞吐量,同步块执行速度较慢 |
Synchronized锁
synchronized
用的锁是存在Java对象头里的,那么什么是对象头呢?
Java 对象头
我们以 Hotspot 虚拟机为例,Hopspot 对象头主要包括两部分数据:Mark Word(标记字段) 和 Klass Pointer(类型指针)
Mark Word:默认存储对象的HashCode,分代年龄和锁标志位信息。这些信息都是与对象自身定义无关的数据,所以Mark Word被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间内存存储尽量多的数据。它会根据对象的状态复用自己的存储空间,也就是说在运行期间Mark Word里存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。
Klass Point:对象指向它的类元数据的指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。
在上面中我们知道了,synchronized
用的锁是存在Java对象头里的,那么具体是存在对象头哪里呢?答案是:存在锁对象的对象头的Mark Word中,那么MarkWord在对象头中到底长什么样,它到底存储了什么呢?
在64位的虚拟机中:
下面我们以 32位虚拟机为例,来看一下其 Mark Word 的字节具体是如何分配的
无锁:对象头开辟 25bit 的空间用来存储对象的 hashcode ,4bit 用于存放对象分代年龄,1bit 用来存放是否偏向锁的标识位,2bit 用来存放锁标识位为01
偏向锁: 在偏向锁中划分更细,还是开辟 25bit 的空间,其中23bit 用来存放线程ID,2bit 用来存放 Epoch,4bit 存放对象分代年龄,1bit 存放是否偏向锁标识, 0表示无锁,1表示偏向锁,锁的标识位还是01
轻量级锁:在轻量级锁中直接开辟 30bit 的空间存放指向栈中所记录的指针,2bit 存放锁的标志位,其标志位为00
重量级锁: 在重量级锁中和轻量级锁一样,30bit 的空间用来存放指向重量级锁的指针,2bit 存放锁的标识位,为11
GC标记: 开辟30bit 的内存空间却没有占用,2bit 空间存放锁标志位为11。
其中无锁和偏向锁的锁标志位都是01,只是在前面的1bit区分了这是无锁状态还是偏向锁状态
关于内存的分配,我们可以在git中openJDK中 markOop.hpp 可以看出:
- age_bits: 就是我们说的分代回收的标识,占用4字节
- lock_bits: 是锁的标志位,占用2个字节
- biased_lock_bits: 是是否偏向锁的标识,占用1个字节
- max_hash_bits: 是针对无锁计算的hashcode 占用字节数量,如果是32位虚拟机,就是 32 - 4 - 2 -1 = 25 byte,如果是64 位虚拟机,64 - 4 - 2 - 1 = 57 byte,但是会有 25 字节未使用,所以64位的 hashcode 占用 31 byte
- hash_bits: 是针对 64 位虚拟机来说,如果最大字节数大于 31,则取31,否则取真实的字节数
- cms_bits: 不是64位虚拟机就占用 0 byte,是64位就占用 1byte
- epoch_bits: 就是 epoch 所占用的字节大小,2字节。
5.2 Monitor
Monitor 可以理解为一个同步工具或一种同步机制,通常被描述为一个对象。每一个 Java 对象就有一把看不见的锁,称为内部锁或者 Monitor 锁。 Monitor 是线程私有的数据结构,每一个线程都有一个可用 monitor record 列表,同时还有一个全局的可用列表。每一个被锁住的对象都会和一个 monitor 关联,同时 monitor 中有一个 Owner 字段存放拥有该锁的线程的唯一标识,表示该锁被这个线程占用。Synchronized
是通过对象内部的一个叫做监视器锁(monitor)来实现的,监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock(互斥锁)来实现的。而操作系统实现线程之间的切换需要从用户态转换到核心态,这个成本非常高,状态之间的转换需要相对比较长的时间,这就是为什么 Synchronized 效率低的原因。因此,这种依赖于操作系统 Mutex Lock 所实现的锁我们称之为重量级锁。
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)。JDK 1.6中默认是开启偏向锁和轻量级锁的,我们也可以通过-XX:-UseBiasedLocking=false来禁用偏向锁。