悲观锁
Hi~朋友，点点关注不迷路
有人乐观，必有人悲观。锁的世界也不例外，乐观锁和悲观锁的悲欢各不相同。
摘要
- 什么是悲观锁
- 悲观锁的实现
- Monitor Object模式
- synchronized的实现原理
- 锁优化
1. 什么是悲观锁
悲观锁和乐观锁完全不同，悲观锁是实实在在对代码块进行加锁，被锁住的代码块，同一时刻只允许一个或几个线程同时进入，避免了多线程写坏共享数据问题。
2. 悲观锁的实现
Java中的悲观锁主要有以下几个实现：
- synchronized
- 基于AQS实现的各种Lock
3. Monitor Object模式
Monitor Object模式是为了解决线程安全问题，将多线程并发访问的对象定义为一个Monitor对象，每一个Monitor对象都会有一个Monitor锁，只要拿到该Monitor锁的线程才可以进入同步代码块或方法执行。此外同步方法或者代码块可以依据Monitor对象相关的Monitor Conditions来决定线程是否阻塞和执行。
Monitor Object模式的主要角色：
- Monitor对象：对于每一个Java对象来说都是Monitor对象
- 同步方法或代码块：这些方法会被Monitor对象的Monitor锁监视，在任何一个时间只能允许一个线程执行
- Monitor锁：每一个Java对象都会有个Monitor锁
- Monitor Conditions：同步方法或代码块通过Monitor锁和Monitor Conditions来决定线程是否需要阻塞或者执行（这里对应Java的Object.notify、Object.notifyAll以及Object.wait方法）
Java中的Monitor的实现如下，该实现位于JDK源码hotspot/src/share/vm/runtime/objectMonitor.hpp，如下：
ObjectMonitor() {
_header = NULL;
_count = 0; // 计数器
_waiters = 0,
_recursions = 0;
_object = NULL;
_owner = NULL; // 持有锁的线程
_WaitSet = NULL; // 处于wait状态的线程，会被加入到_WaitSet
_WaitSetLock = 0 ;
_Responsible = NULL ;
_succ = NULL ;
_cxq = NULL ;
FreeNext = NULL ;
_EntryList = NULL ; // 处于等待锁block状态的线程，会被加入到该列表
_SpinFreq = 0 ;
_SpinClock = 0 ;
OwnerIsThread = 0 ;
}
4. synchronized的实现原理
private final Object lock = new Object();
public int incrementAndGet(int a) {
synchronized (lock) {
return a + 1;
}
}
熟悉Java的读者对上述代码必定不会陌生，当大家敲下这段代码的时候有思考过以下问题么？
- synchronized同步代码块和同步方法有什么区别
- 为什么只有一个线程可以进入临界资源
- 当一个线程获取进入临界资源许可时，如何处理其他线程
synchronized的修饰方法和同步代码块本质上是没有什么区别的，都是对指定对象的Monitor锁的获取，只有获得对象的Monitor锁的线程才可以进入同步方法或者同步代码块执行，其他获取失败的线程会被阻塞放入Blocked队列。
4.1 同步代码块和同步方法区别
synchronized的修饰方法在经过编译后，在方法的标志位上会有一个ACC_SYNCHRONIZED来标明该方法是一个同步方法。
synchronized修饰的方法调用步骤：
- 线程调用方法发现方法标志位有ACC_SYNCHRONIZED，因此去获取此实例对象的Monitor锁
- 如果Monitor锁此时被其他线程持有，则阻塞进入Blocked队列。
- 如果Monitor锁没有被其他线程持有，则获取成功，开始执行。
- 线程执行方法完成以后自动释放Monitor锁，允许其他线程获取。
synchronized同步代码块时在字节码层面是通过monitorenter和monitorexit指令来实现的，synchronized修饰方法时并不需要通过字节码指令。
synchronized同步代码块的调用步骤：
- 线程执行monitorenter指令去申请Monitor锁，Monitor锁中维护着一个计数器，默认值为0
- 如果此时计数器的值为0，表明当前线程可以获取该Monitor锁，当前线程获取锁后，计数器值+1，并且将Monitor中锁的线程修改为当前线程
- 如果获取失败，则进入Monitor锁中_EntryList（Blocked队列）
- 持有锁的线程执行完成以后，计数器会减1，并且将当前线程清空。
5. 锁优化
synchronized在JDK6以前是一个重量级锁，效率低下，因为Monitor锁是依赖于操作系统的Mutex Lock来实现的，操作系统的线程间的切换需要在用户态和内核态间互相转换，这种转换是比较耗时的。
在JDK6以后，当我们使用synchronized时，JVM会对锁进行优化，优化需要依赖Java对象头的结构，不了解Java对象的戳这里，下一篇我们会讲述JVM是如何进行锁优化的。
本期的Java悲观锁介绍到这，我是shysh95，我们下期再见！！！