互斥鎖

互斥鎖futex，全拼fast userspace mutexes，直翻為快速用戶空間互斥器，它是我們上層應用實現鎖的最常用方法。futex是一塊所有進程都可以訪問的內存，是通過cpu的原子操作修改內存中的值來嘗試獲取瑣，如果沒有競爭，則直接在用戶空間完成操作，無需切換內核空間，以此保證了futex的性能。

synchronized

其實java多線程操作大體就那么幾種，基于cas的aqs，synchronized和volatile，這篇文章主要介紹下synchronized。

synchronized是java的關鍵字，在老版本的jdk中性能表現并不太好，所以有了很多基于cas的Lock，但最近幾版jdk都對synchronized做了很多優化，以后synchronized也會作為jdk主推的鎖。

synchronized最主要的優化就是引入了升級功能，升級主要分偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖。

synchronized因為有升級和降級，既不會直接粗暴的使用互斥鎖，也不會有cas鎖在超高并發下多次嘗試引起的性能問題，所以相比juc的cas鎖，synchronized在大多數情況下性能更好。

synchronized的使用方法主要有3種

//加鎖到靜態方法上

public static synchronized void test();

//加鎖到實例方法上

public synchronized void test();

//加鎖到對象上

synchronized(this){

}

// 加鎖在靜態方法上同加鎖到類對象上

synchronized(Test.class){

}

// 加鎖到實例方法上同加鎖到當前對象上

synchronized(this){

}

總體上說，不管是鎖類對象，還是鎖其它對象都是鎖到一個對象上了。

這張圖很重要，在下面會多次用到，就先放這里了。

偏向鎖

java為了支持鎖對象，在對象頭上做了上圖的設計，markword是對象頭中的一部分，64位虛擬機占64bit，markword在不同等級鎖狀態下存儲的內容是不同的，上圖是鎖處于不同狀態時markword存儲的內容。

其實經過大量測試在我們使用synchronized時，大多數情況并沒有發生競爭，很多訪問都發生在一個線程里，所以設計了偏向鎖，偏向鎖的意思就是鎖偏向某個線程。

當我們嘗試給一個對象加鎖時，會有幾種情況。

未偏向：如果lock為01時，biased_lock為0，表示沒有線程持有這個對象的偏向鎖，線程會通過cas的方式修改對象頭獲取偏向鎖。

可重偏向：如果lock為01時，biased_lock為1，表示對象被偏向鎖定，這時還會拿epoch與klass(可以理解為某個Class在虛擬機中對應的對象)的mark_prototype的epoch作比較，如果不一致表示可重偏向，線程會通過cas的方式修改對象頭獲取偏向鎖。

已偏向：lock為01，biased_lock為1，epoch與mark_prototype的epoch相等表示鎖已偏向，會比較thread字段的threadId，如果一致表示持有鎖的是當前線程，可以重入。

如果沒有獲取到偏向鎖，就需要進行一個撤銷偏向鎖并升級偏向鎖的過程，這個過程比較消耗性能，所以當某類對象，比如我們的User.class這個對象的實例有很多次撤銷(默認值為40)，虛擬機就會更新klass的epoch，表示可重偏向，這就是為啥鎖的是對象，判斷epoch是去klass判斷。

輕量鎖

當未獲取到偏向鎖時，需要通知持有偏向鎖的線程撤銷偏向鎖，競爭線程則進行一個輕量級鎖加鎖的過程。

偏向鎖的撤銷：持有鎖的線程進入safepoint時，判斷持有鎖的線程是否在加鎖狀態，如果是則直接修改markword為輕量級鎖，否則釋放偏向鎖，表示未鎖定、

輕量級鎖加鎖：虛擬機會在當前線程的棧幀中創建一個lock record，并拷貝markword到lockrecord，再通過cas把對象的markword改為偏向鎖，ptr_to_lock_record指向lockrecord，如果cas成功則表示成功獲取輕量級鎖，否則進行自旋嘗試，就是常說的自旋鎖。

輕量級鎖釋放：輕量級鎖釋放時，只要把lockrecord中的markword替換回對象頭的markword就釋放成功了。

重量級鎖

當自旋嘗試次數超過閾值(jvm控制的動態值)，鎖就會進一步升級，升級為重量級鎖。

升級為重量鎖后，線程就會出現等待、阻塞、喚醒等各種操作，就會涉及到用戶態和內核態的切換，所以叫重量級鎖，重量級鎖的實現就是文中最開始提到的futex互斥鎖實現的。

重量級鎖既然需要線程的管理機制，自然引入了管程(monitor)，java的管程模式類似mesa。

contentionList: 所有想要競爭的線程都要進入的隊列，又叫cxq。

entrylist: 準備競爭的線程都在這個隊列，這個隊列只有空的時候才去cxq中拉去，cxq每次只會有一個進去entrylist。

OnDeck：entrylist中的一個線程，一般為最前面的線程，只有OnDeck線程才會去競爭鎖、

waitset：當我們調用wait()方法時，線程就會進入waitset，被notity后直接進入entrylist，所以被喚醒的線程比剛參與競爭的線程優先級更高。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的java互斥锁的实现原理_java-深入分析synchronized原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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