14.并发编程之Monitor概念介绍

Leefs 2022-10-15 PM 1428℃ 0条

[TOC]

### 一、Java对象头

HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

HotSpot虚拟机的对象头包括三部分信息：

- Mark Word
- 指向类的指针
- 数组长度

#### 普通对象

以 32 位虚拟机为例

> Klass Word：指向对象的类型（一个指针找到它的类对象）

![14.并发编程之Monitor概念介绍01.png](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/10/3728908804.png)

**一个int 类型占4个字节，而一个Integer对象占8 + 4个字节**

#### 数组对象

![14.并发编程之Monitor概念介绍02.png](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/10/3293275262.png)

**说明**

**Object的对象头，分为两部分**

+ 第一部分是`Mark Word`，用来存储对象的运行时数据比如：hashcode，GC分代年龄，锁状态，持有锁信息，偏向锁的thread ID等等。

在64位的虚拟机中，Mark Word是64bits，如果是在32位的虚拟机中Mark Word是32bits

+ 第二部分就是`Klass Word`，Klass Word是一个类型指针，指向class的元数据，JVM通过Klass Word来判断该对象是哪个class的实例。

#### Mark Word结构

+ 32位虚拟机下：MarkWord有4个字节 最后2个bit位表示状态

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**说明**

> age：垃圾回收时的分代年龄
>
> biased_lock：是否为偏向锁
>
> 01/00（biased_lock后一位）：加锁状态
>
> Normal：对象正常状态
>
> 当对对象进行相应改变，如施加轻量级锁、重量级锁，GC时，相应的Mark Word Structure会发生改变

**状态说明**

| 状态             | 标志位 | 存储内容                             |
| ---------------- | ------ | ------------------------------------ |
| 未锁定           | 01     | 对象哈希码、对象分代年龄             |
| 轻量级锁定       | 00     | 指向锁记录的指针                     |
| 膨胀(重量级锁定) | 10     | 执行重量级锁定的指针                 |
| GC标记           | 11     | 空(不需要记录信息)                   |
| 可偏向           | 01     | 偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄 |

+ 64位虚拟机下：MarkWord有8个字节 最后2个bit位表示状态

![14.并发编程之Monitor概念介绍04.png](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/10/3258372491.png)

### 二、Monitor概念

Monitor被翻译为监视器或管程（通常称为“锁”）

每个Java对象都可以关联一个Monitor对象（JVM提供），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

#### Monitor结构

![14.并发编程之Monitor概念介绍05.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/10/673211994.jpg)

+ **Monitor属性含义**

+ **Owner**：锁的拥有者，唯一性，当线程尝试获得锁时若有其他线程引用，则无法获得

+ **EntryList**：阻塞（等待）队列，其他线程无法获得锁时，则一起进入阻塞队列，但是一旦线程释放锁，它们是竞争获得锁（而不是先来后到）

+ **WaitSet**：存放处于wait状态的线程队列，即调用wait()方法的线程

obj对象的`MarkWord`结构指向`Monitor`对象，当t2执行到`synchronized`方法时，首先判断临界区代码是否加锁。

t2首先判断Monitor Owner是否有线程引用，无则获得锁，执行临界区代码，其他线程t1，t3则进入阻塞队列，等待t2释放锁。

#### Monitor调用步骤

![14.并发编程之Monitor概念介绍06.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/10/1266956615.jpg)

- 刚开始`Monitor`中`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`
- 在`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，竞争的时是非公平的
- 图中`WaitSet`中的`Thread-0`，`Thread-1` 是之前获得过锁，但条件不满足进入WAITING状态的线程，后面讲`wait-notify`时会分析

> 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

### 三、sychronized原理

+ **代码**

```java
static final object lock = new object();
static int counter = 0;

public static void main(String[] args) {
    synchronized (1ock) {
        counter++ ;
    }
}
```

+ **反编译成对应字节码**

```java
public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_ PUBLIC, ACC_ STATIC
    Code:
        stack=2，1ocals=3, args_ size=1 .
            0: getstatic       #2         // <- lock引用 (synchronized开始)
            3:dup
            4: astore_1                   // 1ock引用 -> slot 1
            5: monitorenter               // 将lock对象MarkWord 置为Monitor 指针
            6: getstatic       #3         // <-i
            9: iconst_1                   // 准备常数 1
            10: iadd                      // +1
            11: putstatic      #3         // ->i
            14: aload_1                   // <- lock引用
            15: monitorexit               //将lock对象MarkWord 重置，唤醌EntryList
            16: goto           24
                  
            //----------------下面是异常处理时，释放锁的字节码-----------------//
                  
            19: astore_2                  // e->slot2
            20: aload_1                   // <- lock引用
            21: monitorexit               // 将lock对象MarkWord 重置，唤醒EntryList
            22: aload_2                   // <-slot 2 (e)
            23: athrow                    // throw e
            24: return
            //异常检测
            Exception table:
            from      to    target type
               6      16    19     any
              19      22    19     any
            LineNumberTable:
```

`16: goto` 作用：
判断synchronized里面的代码是否发生异常 如果发生异常 根据`Exception table`信息 执行19行到22行的数据。保证了即使发生异常，锁资源也能正确被释放掉。

> 注意：方法级别的 synchronized 不会在字节码指令中有所体现

*参考原文地址*

*《黑马程序员之并发编程》*

标签: 并发编程

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