每当遇到Java面试,“锁”是个必然会被提到的东西。那么,在面试中,谈“锁”都会谈论些什么呢,诸位看官又是否对“锁”有足够的了解?
本文旨在剖析锁的底层原理,以及锁的应用场景。
一、Synchronized
1、一道面试题
同一个对象在A、B两个线程中分别访问该对象的两个同步方法writer和reader,是否会产生互斥?
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class { int a = 0; public synchronized void writer(){ sleep(10); a++; } public synchronized void reader(){ int i = a; } public static void main(String[] args) { Test test = new Test(); new Thread(() -> { test.writer(); }).start(); sleep(1); new Thread(() -> { test.reader(); }).start(); } } |
答案:会。因为synchronized修饰的是方法,锁是对象锁
,默认当前的对象作为锁的对象。只有当A释放锁之后,B才会获得对象的锁。
(1)如果是换成是不同对象呢?
不会互斥,因为锁的是对象
,而不是方法
。
(2)如果writer、reader方法加上static修饰,两个线程中,类直接调用两个方法呢?
会互斥,因为锁的是Class对象。
(3)如果writer方法用static修饰,reader方法不用呢?
不会互斥。因为一个是对象锁,一个是Class对象锁,锁的类型不同。
synchronized修饰位置与锁的关系:
- 同步方法 —— 对象锁,当前实例对象
- 静态同步方法 —— 类对象锁,当前对象的Class对象
- 同步方法块 —— 对象锁,synchonized括号里配置的对象
二、锁的底层实现
思考几个问题
- 对象锁、Class对象锁时如何实现的
- 为什么要这么设计,只设计一个对象锁或Class对象锁,有什么不好?
1、反编译
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class { static int a = 0; public synchronized void writer() { System.out.println("writer方法开始调用"); a++; waitNs(20); System.out.println("writer方法调用结束"); } public static synchronized void reader() { System.out.println("reader方法开始调用"); int i = a; System.out.println("reader方法调用结束"); } public void writer2() { synchronized (this) { a--; } } } |
使用javac
和javap -verbose
命令,反编译
上述代码
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... { static int a; descriptor: I flags: ACC_STATIC public com.fonxian.entity.LockDemo(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=1, locals=1, args_size=1 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return LineNumberTable: line 6: 0 //同步方法 public synchronized void writer(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED Code: stack=2, locals=1, args_size=1 0: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 3: ldc #3 // String writer方法开始调用 5: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 8: getstatic #5 // Field a:I 11: iconst_1 12: iadd 13: putstatic #5 // Field a:I 16: bipush 20 18: invokestatic #6 // Method waitNs:(I)V 21: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 24: ldc #7 // String writer方法调用结束 26: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 29: return LineNumberTable: line 11: 0 line 12: 8 line 13: 16 line 14: 21 line 15: 29 //静态同步方法 public static synchronized void reader(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_SYNCHRONIZED Code: stack=2, locals=1, args_size=0 0: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 3: ldc #8 // String reader方法开始调用 5: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 8: getstatic #5 // Field a:I 11: istore_0 12: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 15: ldc #9 // String reader方法调用结束 17: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 20: return LineNumberTable: line 18: 0 line 19: 8 line 20: 12 line 21: 20 //同步代码块 public void writer2(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=2, locals=3, args_size=1 0: aload_0 1: dup 2: astore_1 3: monitorenter 4: getstatic #5 // Field a:I 7: iconst_1 8: isub 9: putstatic #5 // Field a:I 12: aload_1 13: monitorexit 14: goto 22 17: astore_2 18: aload_1 19: monitorexit 20: aload_2 21: athrow 22: return Exception table: from to target type 4 14 17 any 17 20 17 any LineNumberTable: line 25: 0 line 26: 4 line 27: 12 line 28: 22 StackMapTable: number_of_entries = 2 frame_type = 255 /* full_frame */ offset_delta = 17 locals = [ class com/fonxian/entity/LockDemo, class java/lang/Object ] stack = [ class java/lang/Throwable ] frame_type = 250 /* chop */ offset_delta = 4 static {}; descriptor: ()V flags: ACC_STATIC Code: stack=1, locals=0, args_size=0 0: iconst_0 1: putstatic #5 // Field a:I 4: return LineNumberTable: line 8: 0 } SourceFile: "LockDemo.java" |
同步代码块:使用monitorenter和monitorexit指令实现,通过监听器对象去获得锁
和释放锁
。
同步方法、静态同步方法:使用修饰符ACC_SYNCHRONIZED
实现。
三、锁的形式
JDK1.6之前,synchronized只有传统锁机制。
JDK1.6引入两种新的锁类型:偏向锁和轻量级锁。引入的目的是解决,没有多线程竞争或基本没有竞争的情况下,使用传统锁带来的性能问题。
锁的四种状态:无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态。锁可以升级,不能降级。
1、对象头
要了解锁的机制,首先要了解对象头。
Java对象头中的Mark Word默认存储对象的HashCode、分代年龄和锁标记位。
Java对象头的存储结构如下:
锁状态 | 25bit | 4bit | 1bit是否是偏向锁 | 2bit锁标志位 |
---|---|---|---|---|
无锁状态 | 对象的hashCode | 对象的分代年龄 | 0 | 01 |
Mark Word的状态变化:
锁状态 | 30bit | 2bit |
---|---|---|
轻量级锁 | 指向栈中锁记录的指针 | 锁标志位00 |
重量级锁 | 指向互斥量的指针 | 锁标志位10 |
锁状态 | 23bit | 3bit | 3bit | 1bit | 2bit |
---|---|---|---|---|---|
偏向锁 | 线程ID | Epoch | 对象分代年龄 | 1 | 01 |
2、偏向锁
因大多数情况,锁不存在多线程竞争,且总由同一个线程多次获得。为使获得锁的代价更低而引入。
3、轻量级锁
参考文档
原文地址:https://www.cnblogs.com/petewell/p/11614914.html