JVM锁机制volatile/synchronized/lock

r囧r小猫 2022-08-12 00:26 153阅读 0赞

# 1.volatile实现原理 #

（1）[聊聊并发（一）——深入分析Volatile的实现原理][Volatile]  
\--硬件级别锁实现，Lock前缀指令会引起处理器缓存（CPU高级缓存L1/L2/L3）回写到内存。一个处理器的缓存回写到内存会导致其他处理器的缓存无效。

# 2.JVM锁机制--synchronized #

（1）[深入JVM锁机制1-synchronized][JVM_1-synchronized]

\--自旋锁、偏向锁

\--synchronized的底层实现主要依靠Lock-Free的队列，基本思路是自旋后阻塞，竞争切换后继续竞争锁，稍微牺牲了公平性，但获得了高吞吐量。

（2）[聊聊并发（二）——Java SE1.6中的Synchronized][Java SE1.6_Synchronized]  
\--**偏向锁—>轻量锁—>重量锁** 比较

## 偏向锁    ##

Hotspot的作者经过以往的研究发现大多数情况下锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，以后该线程在进入和退出同步块时不需要花费CAS操作来加锁和解锁，而只需简单的测试一下对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁，如果测试成功，表示线程已经获得了锁，如果测试失败，则需要再测试下Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1（表示当前是偏向锁），如果没有设置，则使用CAS竞争锁，如果设置了，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。

偏向锁的撤销：偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制，所以当其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁。偏向锁的撤销，需要等待全局安全点（在这个时间点上没有字节码正在执行），它会首先暂停拥有偏向锁的线程，然后检查持有偏向锁的线程是否活着，如果线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态，如果线程仍然活着，拥有偏向锁的栈会被执行，遍历偏向对象的锁记录，栈中的锁记录和对象头的Mark Word要么重新偏向于其他线程，要么恢复到无锁或者标记对象不适合作为偏向锁，最后唤醒暂停的线程。下图中的线程1演示了偏向锁初始化的流程，线程2演示了偏向锁撤销的流程。

## 轻量锁 ##

即自旋锁

## 重量锁 ##

即阻塞锁

## 锁的优缺点对比 ##

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 偏向锁 </td> 
 <td> 加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法比仅存在纳秒级的差距。 </td> 
 <td> 如果线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗。 </td> 
 <td> 适用于只有一个线程访问同步块场景。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 轻量级锁 </td> 
 <td> 竞争的线程不会阻塞，提高了程序的响应速度。 </td> 
 <td> 如果始终得不到锁竞争的线程使用自旋会消耗CPU。 </td> 
 <td> 追求响应时间。 同步块执行速度非常快。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 重量级锁 </td> 
 <td> 线程竞争不使用自旋，不会消耗CPU。 </td> 
 <td> 线程阻塞，响应时间缓慢。 </td> 
 <td> 追求吞吐量。 同步块执行速度较长。 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

（3）[JVM锁实现探究1：synchronized初探][JVM_1_synchronized]  
  
  
（4）[JVM锁实现探究2：synchronized深探][JVM_2_synchronized]

锁升级机制： **无锁—>偏向锁—>轻量锁—>重量锁**

# 3.JVM锁机制AQS(AbstractQueuedSynchronizer) #

（1）[深入JVM锁机制2-Lock][JVM_2-Lock]

\--源码分析java.util.concurrent.AbstractQueuedSynchronizer类

### Lock VS Synchronized ###

AbstractQueuedSynchronizer通过构造一个基于阻塞的CLH队列容纳所有的阻塞线程，而对该队列的操作均通过Lock-Free（CAS）操作，但对已经获得锁的线程而言，ReentrantLock实现了偏向锁的功能。

synchronized的底层也是一个基于CAS操作的等待队列，但JVM实现的更精细，把等待队列分为ContentionList和EntryList，目的是为了降低线程的出列速度；当然也实现了偏向锁，从数据结构来说二者设计没有本质区别。但synchronized还实现了自旋锁，并针对不同的系统和硬件体系进行了优化，而Lock则完全依靠系统阻塞挂起等待线程。

当然Lock比synchronized更适合在应用层扩展，可以继承AbstractQueuedSynchronizer定义各种实现，比如实现读写锁（ReadWriteLock），公平或不公平锁；同时，Lock对应的Condition也比wait/notify要方便的多、灵活的多。

# 4.ReentrantLock #

(1) [JAVA并发编程学习笔记之ReentrantLock][JAVA_ReentrantLock]

\--ReentrantLock是一个可重入的互斥锁，ReentrantLock由最近成功获取锁，还没有释放的线程所拥有  
  
(2)[ReentrantLock与synchronized的区别][ReentrantLock_synchronized]

\--ReentrantLock的lock机制有2种，忽略中断锁和响应中断锁

\--synchronized实现的锁机制是可重入的，主要区别是中断控制和竞争锁公平策略

[Volatile]: http://www.infoq.com/cn/articles/ftf-java-volatile
[JVM_1-synchronized]: http://blog.csdn.net/chen77716/article/details/6618779
[Java SE1.6_Synchronized]: http://www.infoq.com/cn/articles/java-se-16-synchronized
[JVM_1_synchronized]: http://www.majin163.com/2014/03/17/synchronized1/
[JVM_2_synchronized]: http://www.majin163.com/2014/03/17/synchronized2/
[JVM_2-Lock]: http://blog.csdn.net/chen77716/article/details/6641477
[JAVA_ReentrantLock]: http://blog.csdn.net/aesop_wubo/article/details/7574379
[ReentrantLock_synchronized]: http://blog.csdn.net/quqi99/article/details/5298017