锁-是为了解决并发操作引起的脏读、数据不一致的问题。
★Java编程语言允许线程访问共享变量, 为了确保共享变量能被准确和一致地更新,线程应该确保通过排他锁单独获得这个变量。Java语言提供了volatile,在某些情况下比锁要更加方便。 volatile在多处理器开发中保证了共享变量的“ 可见性”。可见性的意思是当一个线程修改一个共享变量时,另外一个线程能读到这个修改的值。 ”
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结论:如果volatile变量修饰符使用恰当的话,它比synchronized的使用和执行成本更低,因为它不会引起线程上下文的切换和调度。
★synchronized通过锁机制实现同步。 ”
先来看下利用synchronized实现同步的基础:Java中的每一个对象都可以作为锁。
具体表现为以下3种形式。
当一个线程试图访问同步代码块时,它首先必须得到锁,退出或抛出异常时必须释放锁。
★synchronized是基于Monitor来实现同步的。 ”
Monitor从两个方面来支持线程之间的同步:
1、Java 使用对象锁 ( 使用 synchronized 获得对象锁 ) 保证工作在共享的数据集上的线程互斥执行。
2、使用 notify/notifyAll/wait 方法来协同不同线程之间的工作。
3、Class和Object都关联了一个Monitor。
Monitor 的工作机理
参考文档:https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-synchronized
1、同步代码块采用monitorenter、monitorexit指令显式的实现。
2、同步方法则使用ACC_SYNCHRONIZED标记符隐式的实现。
通过实例来看看具体实现:
public class SynchronizedTest {
public synchronized void method1(){
System.out.println("Hello World!");
}
public void method2(){
synchronized (this){
System.out.println("Hello World!");
}
}
}
javap编译后的字节码如下:
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monitorenter
每一个对象都有一个monitor,一个monitor只能被一个线程拥有。当一个线程执行到monitorenter指令时会尝试获取相应对象的monitor,获取规则如下:
monitorexit
只有拥有相应对象的monitor的线程才能执行monitorexit指令。每执行一次该指令monitor进入数减1,当进入数为0时当前线程释放monitor,此时其他阻塞的线程将可以尝试获取该monitor。
锁标记存放在Java对象头的Mark Word中。
Java对象头长度
32位JVM Mark Word 结构
32位JVM Mark Word 状态变化
64位JVM Mark Word 结构
JavaSE1.6为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗,引入了“偏向锁”和“轻量级锁”。
在JavaSE1.6中,锁一共有4种状态,级别从低到高依次是:无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态,这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。
锁可以升级但不能降级,意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁。这种锁升级却不能降级的策略,目的是为了提高获得锁和释放锁的效率。
★无锁竞争的情况下为了减少锁竞争的资源开销,引入偏向锁。 ”
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★轻量级锁所适应的场景是线程交替执行同步块的情况。 ”
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**锁粗化(Lock Coarsening):**也就是减少不必要的紧连在一起的unlock,lock操作,将多个连续的锁扩展成一个范围更大的锁。
**锁消除(Lock Elimination):**锁削除是指虚拟机即时编译器在运行时,对一些代码上要求同步,但是被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行削除。
**适应性自旋(Adaptive Spinning):**自适应意味着自旋的时间不再固定了,而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。如果在同一个锁对象上,自旋等待刚刚成功获得过锁,并且持有锁的线程正在运行中,那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功,进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间,比如100个循环。另一方面,如果对于某个锁,自旋很少成功获得过,那在以后要获取这个锁时将可能省略掉自旋过程,以避免浪费处理器资源。
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★CAS,在Java并发应用中通常指CompareAndSwap或CompareAndSet,即比较并交换。 ”
1、CAS是一个原子操作,它比较一个内存位置的值并且只有相等时修改这个内存位置的值为新的值,保证了新的值总是基于最新的信息计算的,如果有其他线程在这期间修改了这个值则CAS失败。CAS返回是否成功或者内存位置原来的值用于判断是否CAS成功。
2、JVM中的CAS操作是利用了处理器提供的CMPXCHG指令实现的。
优点:
缺点:
★队列同步器AbstractQueuedSynchronizer(以下简称同步器),是用来构建锁或者其他同步组件的基础框架。 ”
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★独占式:有且只有一个线程能获取到锁,如:ReentrantLock。 共享式:可以多个线程同时获取到锁,如:CountDownLatch ”
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ConcurrentHashMap类图
ConcurrentHashMap数据结构
结论:ConcurrentHashMap使用的锁分段技术。首先将数据分成一段一段地存储,然后给每一段数据配一把锁,当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候,其他段的数据也能被其他线程访问。
(完)