保证共享资源的版管读写安全,需要一种同步机制:用于解决 2 方面问题:
同步机制中有经典的版管管程方案,关于管程在在中国大学 mooc 中搜索 管程 有些大学的版管操作系统课程会讲解管程。管程其实就是版管对共享变量以及其操作的封装:
1)同步问题
2)通信问题,管程中设置条件变量,版管提供等待/唤醒操作
1)等待队列
2)同步方法
synchronized 是语法糖,会被编译器编译成:1 个 monitorenter 和 2 个 moitorexit(一个用于正常退出,一个用于异常退出)。monitorenter 和 正常退出的 monitorexit 中间是 synchronized 包裹的代码,如下图:
image.png
在 HotSpot 虚拟机中,monitor 是由 ObjectMonitor 实现的,ObjectMonitor 主要数据结构如下:
进入 _EntryList 的线程需要与其他线程争抢锁,抢到锁之后以排它方式执行同步代码块的代码,当其再调用wait()方法后进入_WaitSet,当_WaitSet里的线程被 notify()/notifyAll() 后,将从 _WaitSet 中移动到 _EntryList 中。
public synchronized void fun(){ }
public void fun(){ synchronized(this){ ... }}
class Aclass{ static synchronized void fun(){ }}
class Aclass{ static void fun(){ synchronized (Aclass.class){ } }}
HotSpot 虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为三块区域:对象头 (Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。
其中对象头中的 Mark Word 区域中会存储 对象锁,锁状态标志,偏向 锁(线程)ID,偏向时间,数组长度(数组对象)等,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, Mark Word 会随着程序的运行发生变化,32 位虚拟机中变化状态如下:
锁的性能开销的变化:无锁——>偏向锁——>轻量级锁——>重量级锁,并且膨胀方向不可逆。
偏向锁:线程获取锁后,锁对象的 Mark Word 标记偏向锁,通过一个字段记录当前线程 id,逻辑如下:
不同的锁性能成本不同:
1)重量级锁:线程在用户态到内核态之间切换成本高
锁不能降级,锁变成重量级锁之后,就一直要作为重量级锁使用吗?那还怎么自适应自旋??
Java 锁优化--JVM 锁降级里说道:锁降级确实 是会发生的,当 JVM 进入安全点(SafePoint)的时候,会检查是否有闲置的 Monitor,然后试图进行降级。
2)其他的锁都是为了更小的开销
消除锁是虚拟机另外一种锁的优化,这种优化更彻底,在 JIT 编译时,对运行上下文进行扫描,做逃逸分析,去除不可能存在竞争的锁(去掉了申请和释放锁的代码了)。比如下面代码的 method1 和 method2 的执行效率是一样的,因为 object 锁是私有变量,不存在所得竞争关系。
锁消除示例(来自网络).png
锁粗化是虚拟机对另一种极端情况的优化处理,通过扩大锁的范围,避免反复获取锁和释放锁。比如下面 method3 经过锁粗化优化之后就和 method4 执行效率一样了。
锁粗化示例(来自网络).png
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(责任编辑:时尚)
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