java线性并发编程介绍-锁（二）

2.5 重量锁底层ObjectMonitor

需要去找到openjdk，在百度中直接搜索openjdk，第一个链接就是
找到ObjectMonitor的两个文件，hpp，cpp
先查看核心属性：http://hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u/hotspot/file/69087d08d473/src/share/vm/runtime/objectMonitor.hpp

ObjectMonitor() {
_header = NULL; // header存储着MarkWord_count = 0; // 竞争锁的线程个数
_waiters = 0, // wait的线程个数
_recursions = 0; // 标识当前synchronized锁重入的次数
_object = NULL;
_owner = NULL; // 持有锁的线程
_WaitSet = NULL; // 保存wait的线程信息，双向链表
_WaitSetLock = 0 ;
_Responsible = NULL ;
_succ = NULL ;
_cxq = NULL ; // 获取锁资源失败后，线程要放到当前的单向链表中
FreeNext = NULL ;
_EntryList = NULL ; // _cxq以及被唤醒的WaitSet中的线程，在一定机制下，会放到EntryList中
_SpinFreq = 0 ;
_SpinClock = 0 ;
OwnerIsThread = 0 ;
_previous_owner_tid = 0;
}

适当的查看几个C++中实现的加锁流程
http://hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u/hotspot/file/69087d08d473/src/share/vm/runtime/objectMonitor.cpp
TryLock

int ObjectMonitor::TryLock (Thread * Self) {
for (;;) {
// 拿到持有锁的线程void * own = _owner ;
// 如果有线程持有锁，告辞
if (own != NULL) return 0 ;
// 说明没有线程持有锁，own是null，cmpxchg指令就是底层的CAS实现。
if (Atomic::cmpxchg_ptr (Self, &_owner, NULL) == NULL) {
// 成功获取锁资源
return 1 ;
}
// 这里其实重试操作没什么意义，直接返回-1
if (true) return -1 ;
}
}

try_entry

bool ObjectMonitor::try_enter(Thread* THREAD) {
// 在判断_owner是不是当前线程
if (THREAD != _owner) {
// 判断当前持有锁的线程是否是当前线程，说明轻量级锁刚刚升级过来的情况
if (THREAD->is_lock_owned ((address)_owner)) {
_owner = THREAD ;
_recursions = 1 ;
OwnerIsThread = 1 ;
return true;
}
// CAS操作，尝试获取锁资源
if (Atomic::cmpxchg_ptr (THREAD, &_owner, NULL) != NULL) {// 没拿到锁资源，告辞
return false;
}
// 拿到锁资源
return true;
} else {
// 将_recursions + 1，代表锁重入操作。
_recursions++;
return true;
}
}

enter（想方设法拿到锁资源，如果没拿到，挂起扔到_cxq单向链表中）

void ATTR ObjectMonitor::enter(TRAPS) {
// 拿到当前线程
Thread * const Self = THREAD ;
void * cur ;
// CAS走你，
cur = Atomic::cmpxchg_ptr (Self, &_owner, NULL) ;
if (cur == NULL) {
// 拿锁成功
return ;
}
// 锁重入操作
if (cur == Self) {
// TODO-FIXME: check for integer overflow! BUGID 6557169._recursions ++ ;
return ;
}
//轻量级锁过来的。
if (Self->is_lock_owned ((address)cur)) {
_recursions = 1 ;
_owner = Self ;
OwnerIsThread = 1 ;
return ;
}
// 走到这了，没拿到锁资源，count++
Atomic::inc_ptr(&_count);
for (;;) {
jt->set_suspend_equivalent();
// 入队操作，进到cxq中
EnterI (THREAD) ;
if (!ExitSuspendEquivalent(jt)) break ;
_recursions = 0 ;
_succ = NULL ;
exit (false, Self) ;
jt->java_suspend_self();
}
}// count--
Atomic::dec_ptr(&_count);
}

EnterI

for (;;) {
// 入队
node._next = nxt = _cxq ;
// CAS的方式入队。
if (Atomic::cmpxchg_ptr (&node, &_cxq, nxt) == nxt) break ;
// 重新尝试获取锁资源
if (TryLock (Self) > 0) {
assert (_succ != Self , "invariant") ;
assert (_owner == Self , "invariant") ;
assert (_Responsible != Self , "invariant") ;
return ;
}
}

2.6 重量锁底层中的synchronized

synchronized的作用 就是在多线程中实现锁的作用，保证synchronized锁住的代码只能有一个线程执行。synchronized用的锁是存在Java对象头里的。

对象头

在JVM中，对象在内存中的布局分为3块：对象头、实例数据和对齐填充。

• 实例数据： 程序代码中定义的各种类型的字段内容。
• 对齐填充： JVM要求对象的大小必须是8个字节的整数倍，对象头已经是8的整数倍了，如果实例数据没有8的整数倍就需要对齐填充来补全。

对象头 = Mark Word + 类型指针（Klass pointer）。

类型指针（Klass pointer） ： 用于标识JVM通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

Mark Word ： 用于储存对象自身的运行时数据，例如对象的hashCode、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程的ID、偏向时间戳等。在运行期间，Mark Word里存储的数据会随着内部锁标志位的变化而变化。

无锁状态(01)

对象头开辟 25bit 的空间用来存储对象的 hashcode ，4bit 用于存放分代年龄，1bit 用来存放是否偏向锁的标识位，2bit 用来存放锁标识位为01。

偏向锁状态(01)

还是开辟25bit 的空间，其中23bit 用来存放线程ID，2bit 用来存放 epoch，4bit 存放分代年龄，1bit 存放是否偏向锁标识， 0表示无锁，1表示偏向锁，锁的标识位还是01。

轻量级锁状态(00)

开辟 30bit 的空间存放指向栈中锁记录的指针，2bit 存放锁的标志位，其标志位为00。

重量级锁状态(10)

30bit 的空间用来存放指向重量级锁的指针，2bit 存放锁的标识位，为10。

GC标记(11)

开辟30bit 的内存空间却没有占用，2bit 空间存放锁标志位为11。

之所以这些标志位会变化，是JVM对重量级锁的一种优化，在jdk1.6 之前，用synchronized 都是重量级锁 ，都需要底层操作系统的Mutex Lock（互斥锁）来实现，这个是涉及到系统调用的，会导致内核空间与用户空间的上下文切换，很低效。切换原理：

Synchronized是通过对象内部的一个叫做 监视器锁（Monitor）来实现的。但是监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的。而操作系统实现线程之间的切换这就需要从用户态转换到核心态，这个成本非常高，状态之间的转换需要相对比较长的时间，这就是为什么Synchronized效率低的原因。因此，这种依赖于操作系统Mutex Lock所实现的锁我们称之为 “重量级锁”。