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Java-synchronzied底层原理

2021-07-28

synchronzied底层原理

synchronzied四个层级实现

  • Java代码 通过添加synchronzied给对象或者方法或者代码块
  • 字节码层级通过一组 MONITORENTER/MONITOREXIT指令
  • JVM层级：锁升级过程
  • 汇编执行通过 lock comxchg指令保证原子操作

JDK早期，synchronized 叫做重量级锁， 因为申请锁资源必须通过kernel, 系统调用

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;hello.asm
;write(int fd, const void *buffer, size_t nbytes)

section data
    msg db "Hello", 0xA
    len equ $ - msg

section .text
global _start
_start:

    mov edx, len
    mov ecx, msg
    mov ebx, 1 ;文件描述符1 std_out
    mov eax, 4 ;write函数系统调用号 4
    int 0x80

    mov ebx, 0
    mov eax, 1 ;exit函数系统调用号
    int 0x80

优化后的synchronized如下👇：

Java层级

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public static void main(String[] args) {
      Object object = new Object();
      System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());

      synchronized (object){
          System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
      }
  }

字节码层级

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// access flags 0x9
  public static main([Ljava/lang/String;)V
    // parameter  args
    TRYCATCHBLOCK L0 L1 L2 null
    TRYCATCHBLOCK L2 L3 L2 null
   L4
    LINENUMBER 13 L4
    NEW java/lang/Object
    DUP
    INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V
    ASTORE 1
   L5
    LINENUMBER 14 L5
    GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
    ALOAD 1
    INVOKESTATIC org/openjdk/jol/info/ClassLayout.parseInstance (Ljava/lang/Object;)Lorg/openjdk/jol/info/ClassLayout;
    INVOKEVIRTUAL org/openjdk/jol/info/ClassLayout.toPrintable ()Ljava/lang/String;
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
   L6
    LINENUMBER 16 L6
    ALOAD 1
    DUP
    ASTORE 2
    MONITORENTER
   L0
    LINENUMBER 17 L0
    GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
    ALOAD 1
    INVOKESTATIC org/openjdk/jol/info/ClassLayout.parseInstance (Ljava/lang/Object;)Lorg/openjdk/jol/info/ClassLayout;
    INVOKEVIRTUAL org/openjdk/jol/info/ClassLayout.toPrintable ()Ljava/lang/String;
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
   L7
    LINENUMBER 18 L7
    ALOAD 2
    MONITOREXIT
   L1
    GOTO L8
   L2
   FRAME FULL [[Ljava/lang/String; java/lang/Object java/lang/Object] [java/lang/Throwable]
    ASTORE 3
    ALOAD 2
    MONITOREXIT
   L3
    ALOAD 3
    ATHROW
   L8
    LINENUMBER 19 L8
   FRAME CHOP 1
    RETURN
   L9
    LOCALVARIABLE args [Ljava/lang/String; L4 L9 0
    LOCALVARIABLE object Ljava/lang/Object; L5 L9 1
    MAXSTACK = 2
    MAXLOCALS = 4
}

主要通过MONITORENTER 和 MONITOREXIT 两个字节码指令控制加锁过程

JVM层级

通过锁升级过程实现加锁；
无锁 -> 偏向锁 -> 自旋锁（轻量级锁 自适应锁）-> 重量级锁
锁升级过程可以查看 锁升级过程 复制理解

汇编指令级别

linux操作系统安装hsdis插件，查看java代码的汇编指令：

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public class T {
    static volatile int i = 0;
    
    public static void n() { i++; }
    
    public static synchronized void m() {}
    
    publics static void main(String[] args) {
        for(int j=0; j<1000_000; j++) {
            m();
            n();
        }
    }
}

执行以下命令：

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java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly T
  • C1 Compile Level 1 (一级优化)
  • C2 Compile Level 2 (二级优化)

找到m() n()方法的汇编码，会看到 lock comxchg …..指令

Tags: 多线程
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