JAVA锁介绍

之前的文章中介绍了 JAVA 中一些并发锁使用方法以及里面的介绍。同时之后还介绍了字节码的操作码，让大家先了解下里面的指令，我这里也是从表面中去讲解下锁底层操作码的实现。

锁对象程序：

package com.montos.detail;
public class SynchronizedDemo {
	public static void main(String[] args) {
		SynchronizedDemo demo = new SynchronizedDemo();
		demo.demo();
	}
	public void demo() {
		synchronized (this) {
			System.out.println("this is demo");
		}
	}
}
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对其反编译：

public class com.montos.detail.SynchronizedDemo {
  public com.montos.detail.SynchronizedDemo();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class com/montos/detail/SynchronizedDemo
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method "<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: invokevirtual #4                  // Method demo:()V
      12: return
  public void demo();
    Code:
       0: aload_0
       1: dup
       2: astore_1
       3: monitorenter
       4: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       7: ldc           #6                  // String this is demo
       9: invokevirtual #7                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      12: aload_1
      13: monitorexit
      14: goto          22
      17: astore_2
      18: aload_1
      19: monitorexit
      20: aload_2
      21: athrow
      22: return
    Exception table:
       from    to  target type
           4    14    17   any
          17    20    17   any
}

复制代码

查看上面反编译的结果，我们可以看到反编译里面是存在 monitorenter 以及 monitorexit 的操作码，这两个操作码的作用就是:

1. monitorenter ：每个对象都是一个监视器锁（monitor）。当monitor被占用时就会处于锁定状态，线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下：

• 如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者；
• 如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1；
• 如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权；

2. monitorexit ：执行monitorexit的线程必须是objectref所对应的monitor的所有者。指令执行时，monitor的进入数减1，如果减1后进入数为0，那线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权。

从而达到线程之间的串行执行，同时我可以看到里面有两次 monitorexit 操作码:第1次为同步正常退出释放锁；第2次为发生异步退出释放锁；这上面锁住的就是this。

锁方法程序：

public class SynchronizedDemo {
	public synchronized void method() {
		System.out.println("this is demo");
	}
}
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反编译：

public com.montos.detail.SynchronizedDemo();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0
  public synchronized void method();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: ldc           #3                  // String this is demo
         5: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
         8: return
      LineNumberTable:
        line 5: 0
        line 6: 8
复制代码

通过上面反编译，我们发现没有之前的两个操作码了，多出来的是有标识 ACC_SYNCHRONIZED ，这里其实也是通过上面两个操作码完成的。这个方法也只是比普通的方法在常量池中多了 ACC_SYNCHRONIZED 字段。

当方法调用时，调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。在方法执行期间，其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。

上面的两种操作本质上没有区别，只是方法的同步是一种隐式方式操作的，两个指令的执行是JVM通过调用操作系统的互斥原语mutex来实现，被阻塞的线程会被挂起、等待重新调度，会导致“用户态和内核态”两个态之间来回切换，对性能有较大影响。

锁定关键点：

对象在内存中布局主要有:对象头，实例数据以及对齐填充。

Java

Synchronized 用的锁就是存在 Java 对象头里的，那么什么是 Java 对象头呢？Hotspot虚拟机的对象头主要包括两部分数据： Mark Word （标记字段）、 Class Pointer （类型指针）。其中 Class Pointer 是对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例， Mark Word 用于存储对象自身的运行时数据，它是实现轻量级锁和偏向锁的关键。

这里面我们主要注意的是 Mark Word 这个存储结构。

每一个 Java 对象创建出来就带了一把看不见的锁，它叫做内部锁或者 Monitor锁 。 Monitor 对象存在于每个 Java 对象的对象头 Mark Word 中（存储的指针的指向）， Synchronized 锁便是通过这种方式获取锁的，也是为什么 Java 中任意对象可以作为锁的原因，同时 notify/notifyAll/wait 等方法会使用到 Monitor 锁对象，所以必须在同步代码块中使用。