[转载]深入JVM锁机制-synchronized
转自:http://blog.csdn.net/chen77716/article/details/6618779,并加上少量自己的理解
目前在Java中存在两种锁机制:synchronized和Lock,Lock接口及其实现类是JDK5增加的内容,其作者是大名鼎鼎的并发专家Doug Lea。本文并不比较synchronized与Lock孰优孰劣,只是介绍二者的实现原理。
数据同步需要依赖锁,那锁的同步又依赖谁?synchronized给出的答案是在软件层面依赖JVM,而Lock给出的方案是在硬件层面依赖特殊的CPU指令,大家可能会进一步追问:JVM底层又是如何实现synchronized的?
本文所指说的JVM是指Hotspot的6u23版本,下面首先介绍synchronized的实现:
synrhronized关键字简洁、清晰、语义明确,因此即使有了Lock接口,使用的还是非常广泛。其应用层的语义是可以把任何一个非null对象作为"锁",当synchronized作用在方法上时,锁住的便是对象实例(this);当作用在静态方法时锁住的便是对象对应的Class实例,因为Class数据存在于永久带,因此静态方法锁相当于该类的一个全局锁;当synchronized作用于某一个对象实例时,锁住的便是对应的代码块。在HotSpot JVM实现中,锁有个专门的名字:对象监视器。
1. 线程状态及状态转换
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求的线程:
- 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

1.1 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是一个后进先出(LIFO)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(ABA问题至少需要两个线程才会出现)。

1.2 EntryList
2. 自旋锁
- 如果平均负载小于CPUs则一直自旋
- 如果有超过(CPUs/2)个线程正在自旋,则后来线程直接阻塞
- 如果正在自旋的线程发现Owner发生了变化则延迟自旋时间(自旋计数)或进入阻塞
- 如果CPU处于节电模式则停止自旋
- 自旋时间的最坏情况是CPU的存储延迟(CPU A存储了一个数据,到CPU B得知这个数据直接的时间差)
- 自旋时会适当放弃线程优先级之间的差异
3. 偏向锁
3.1 CAS及SMP架构

3.2 偏向解除
4. 总结
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