JUC--Monitor锁

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JUC–Monitor锁

背景

  • JUC–Monitor锁

  • 博主以黑马JUC进行学习

Java对象头

  • Java 对象在堆内存中分为 3 部分：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）、对齐填充（Padding）。其中对象头是实现 Monitor、锁、GC 的关键，不同状态下（普通对象 / 数组对象、是否加锁）结构不同。

    • 普通对象头（64位JVM）
    区域 大小（64 位） 核心作用
    Mark Word（标记字段） 8 字节 存储对象的哈希值、GC 年龄、锁状态、Monitor 指针、偏向锁线程 ID 等核心信息
    Klass Pointer（类型指针） 8 字节（默认） 指向对象所属类的元数据（klass），JVM 通过它确定对象的类型（可通过 -XX:+UseCompressedOops 压缩为 4 字节）
    • 数组对象的对象头
    区域 大小（64 位） 作用
    Mark Word 8 字节 同普通对象
    Klass Pointer 8 字节 同普通对象
    Array Length 4 字节 存储数组的长度
    • Mark Word 的核心状态
    锁状态 2bit 锁标志位 Mark Word 存储内容
    无锁 01 对象哈希值（31bit） + 分代年龄（4bit） + 是否偏向锁（1bit：0） + 锁标志位（2bit：01）
    偏向锁 01 偏向锁线程 ID（54bit） + Epoch（2bit） + 分代年龄（4bit） + 是否偏向锁（1bit：1） + 锁标志位（2bit：01）
    轻量级锁 00 指向栈中锁记录的指针（62bit） + 锁标志位（2bit：00）
    重量级锁（Monitor） 10 指向 Monitor 对象的指针（62bit） + 锁标志位（2bit：10）
    GC 标记 11 空（仅锁标志位 11，用于 GC 标记）

Monitor（锁）

  • Monitor 被翻译为监视器或管程
  • 每个Java 对象都可以关联一个Monitor 对象，如果使用 synchronized 给对象上锁（重量级）之后，该对象头的Mark Word 中就被设置指向 Monitor 对象的指针
  • 结构
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// JVM 底层用 C++ 实现的 ObjectMonitor 核心结构
struct ObjectMonitor {
    _header       _header;       // 基础头信息
    void*         _owner;        // 指向持有当前锁的线程（NULL 表示无线程持有）
    _WaitSet      _WaitSet;      // 等待锁的线程队列（调用 wait() 后进入）
    _EntryList    _EntryList;    // 等待获取锁的线程队列（阻塞的线程）
    int           _count;        // 锁的重入次数 
    // 其他辅助字段...
};

  • 例子

    • 刚开始 Monitor中的Owner为null

    • 当Thread-2执行 synchronized（obj）就会将Monitor的所有者Owner置为Thread-2，Monitor中只能有一个Owner

    • 当Thread-2上锁的过程中，如果Thread-3，Thread-4，Thread-5 也来执行 synchronized（obj），就会进入EntryList BLOCKED

    • Thread-2执行完同步代码块的内容，然后唤醒EntryList中等待的线程来竞争锁，竞争是非公平的

      注意

      • synchronized 必须是进入同一个对象的 monitor 才有上述的效果
      • 不加 synchronized 的对象不会关联监视器，不遵从以上规则