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[游戏开发]Synchronized底层——Monitor(监视器、管程)

其中Synchronized涉及到重量级的锁,重量级的锁就和Monitor有关。

前置知识,JAVA的对象头组成

JAVA对象头

在32位虚拟机中

一个JAVA对象的对象头组成如下所示:
普通对象(总共8个字节,Mark Word占4个字节,Klass Word 占4个字节,Klass Word就是对对象信息的描述):

|-----------------------------------------------------------|
|                    Object Header (64 bits)                |
|---------------------------------|-------------------------|
|             Mark Word (32 bits) | Klass Word (32 bits)    |
|---------------------------------|-------------------------|

数组对象(总共12个字节,Mark Word占4个字节,Klass Word 占4个字节,数组长度占4个字节):

|---------------------------------------------------------------------------------|
|                                  Object Header (96 bits)                        |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|
|       Mark Word(32bits)        | Klass Word(32bits)    | array length(32bits)   |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|

在64位虚拟机中

一个JAVA对象的对象头组成如下所示:
普通对象(总共16个字节,Mark Word占8个字节,Klass Word 占8个字节):

|--------------------------------------------------------------|
|                     Object Header (128 bits)                 |
|------------------------------------|-------------------------|
|        Mark Word (64 bits)         | Klass pointer (64 bits) |
|------------------------------------|-------------------------|

数组对象(总共24个字节,Mark Word占8个字节,Klass Word 占8个字节,数组长度占8个字节):

|---------------------------------------------------------------------------------|
|                                 Object Header (128 bits)                        |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|
|        Mark Word(64bits)       | Klass pointer(32bits) |  array length(32bits)  |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|

了解完JAVA的对象头之后,在JUC的模块需要着重介绍Mark Word 的具体组成。

|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|                                             Object Header(128bits)                                              |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|                                   Mark Word(64bits)                |  Klass Word(64bits)    |      State         |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|    unused:25|identity_hashcode:31|unused:1|age:4|biase_lock:0 | 01 | OOP to metadata object |      Nomal         |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|    thread:54|      epoch:2       |unused:1|age:4|biase_lock:1 | 01 | OOP to metadata object |      Biased        |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|                        ptr_to_lock_record:62                 | 00 | OOP to metadata object | Lightweight Locked |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|                       ptr_to_heavyweight_monitor:62          | 10 | OOP to metadata object | Heavyweight Locked |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|                                                              | 11 | OOP to metadata object |    Marked for GC   |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

其中各个参数的意义如下:

biase_lock:对象是否启用偏向锁标记,只占1位。1表示启用了偏向锁,0表示对象没有偏向锁

age:4位的Java对象年龄。

identity_hashcode:25位的对象标识Hash码,采用延迟加载技术。调用方法System.identityHashCode()计算,并会将结果写到该对象头中。当对象被锁定时,该值会移动到管程Monitor中。

thread:持有偏向锁的线程ID。

epoch:偏向时间戳。

ptr_to_lock_record:指向栈中锁记录的指针。

ptr_to_heavyweight_monitor:指向管程Monitor的指针。

在其中,Mark Word中的内容不同,对应的对象的锁也不同。


Monitor

其中Synchronized锁的本质,就是在对象头的Mark Word中关联一个Monitor对象,这个Monitor对象是操作系统层级实现的对象。

每个Java对象都可以关联一个Monitor对象,如果给这个Java对象使用了Synchronized加上了重量级锁,那么这个对象就会关联一个Monitor对象,在Mark Down中会有一个指针指向这个Monitor对象。

PS:每个Java对象关联的Monitor对象都不一样,所以对不同对象加锁,不能够实现同步的效果。

Monitor的结构如下图所示:
在这里插入图片描述

Owner:当前锁的持有者,Owner只能指向一个线程。
WaitSet:等待队列,是之前获得过锁,但是条件不满足后,又退出锁的拥有,等待条件。
EntryList:被阻塞的队列,在Owner指向的对象不为空的时候,有其他线程想要获得锁,那么会进入EntryList队列。

WaitSet和EntryList的区别: EntryList执行条件都满足了,只需要获得锁。WaitSet是条件不满足,如果条件满足的话,重新进入到EntryList进行锁的竞争。

针对上图,当Thread-2执行完同步代码块后,会释放锁的资源,之后唤醒EntryList中的线程,来进行锁的竞争,该竞争是非公平的(不是先到先得)。

在对对象加锁的时候,Mark Word中的分代年龄,HashCode等的数据都存入了Monitor中,在Mark Word中会有一个ptr_to_heavyweight_monitor指针来指向Monitor对象。在对象锁结束的时候,会还原Mark Word中的分代年龄,HashCode等的数据。

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
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加:2022-03-17 22:31:30  更:2022-03-17 22:31:51 
 
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