「java自动锁升级原理」java锁升级机制

本篇文章给大家谈谈java自动锁升级原理，以及java锁升级机制对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。

本文目录一览：

• 1、synchronized 底层如何实现？什么是锁的升级，降级
• 2、JAVA锁机制 有小例子说明最好！
• 3、java sychronized轻量锁自动实现的吗
• 4、Java锁有哪些种类，以及区别
• 5、经常会听到Java锁这个词，但给自己的感觉很朦胧，有办法清楚的了解它吗？大虾们给个建议！！！
• 6、java中文件加锁机制是怎么实现的。

synchronized 底层如何实现？什么是锁的升级，降级

synchronized 底层如何实现？什么是锁的升级，降级。

操作系统分为用户态和内核态，应用级别的程序会运行在用户态，不能访问硬件，操作系统内核的程序会运行在内核态，可以直接访问硬件。synchronized 是重量级锁，运行在虚拟机上，而虚拟机是应用级别的程序，运行在用户态，需要通过向操作系统内核程序发出申请，得到反馈获得锁，所以称sychronized为重量级锁。而cas的锁直接运行在用户态，所以称为轻量级锁。

CAS 叫自旋锁或者无锁，是轻量级锁，用于替代synchronized。

CAS的ABA问题可以用版本号解决。可是如果一个线程在比较值相同的情况下，在修改值之前另一个线程有可能提前修改当前值，这怎么避免呢？如下图：

在用c++编写的native方法compareAndSwap中，如果多线程的情况下，会有 lock cmpxchg这条指令来保证线程安全。在底层有多个cpu指向同一条语句（CAS）时，多个cpu通过一条总线通向这条语句，当lock时，会掐断这条总线，直到通向这条语句的cpu执行完成，总线又连上，允许其他cpu操作这条语句。

Markword的前四个字节中记录了synchronized的锁信息。

轻量级锁也称为自旋锁。除了重量级锁，其他锁都是在用户态完成。

锁升级指的是轻量级锁升级成重量级锁。

为什么自旋锁可以完成多线程的安全，为什么在竞争激烈的情况下要升级成重量级锁，因为自旋锁这些线程一直在while循环，消耗cpu的资源，而重量级锁这些线程排成队列，不消耗cpu资源，这里又可以分为公平锁和非公平锁。

偏向锁是默认启动的，但是有4s的延迟。

启动偏向锁为什么要延迟4秒：因为启动偏向锁效率不一定会提升。如果一开始就知道会有很多线程竞争锁，那么就不必打开偏向锁，从而提高效率。

Synchronized的底层实现：

Synchronized是Java中解决并发问题的一种最常用的方法，也是最简单的一种方法。Synchronized的作用主要有三个：

从语法上讲，Synchronized可以把任何一个非null对象作为"锁"，在HotSpot JVM实现中， 锁有个专门的名字：对象监视器（Object Monitor） 。

Synchronized总共有三种用法：

注意，synchronized 内置锁 是一种对象锁（锁的是对象而非引用变量）， 作用粒度是对象 ，可以用来实现对临界资源的同步互斥访问，是 可重入 的。其可重入最大的作用是避免死锁 ，如：

子类同步方法调用了父类同步方法，如没有可重入的特性，则会发生死锁；

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：

(1). 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；

(2). 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；

(3). 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；

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。

monitorexit指令出现了两次，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；

通过上面两段描述，我们应该能很清楚的看出Synchronized的实现原理， Synchronized的语义底层是通过一个monitor的对象来完成，其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象，这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。

JAVA锁机制 有小例子说明最好！

java锁一定要保证锁住的是同一个对象。

一般来说，在方法上上锁，可以用常量字符串，或者静态字符串。看下面的例子。

public class SynTest{

private static String lock = "lockA";

private String a = "abc";

public String setA(String newStr){

/* 因为lock是静态变量，所以只要是SynTest类对象访问该方法时，都会争取这把锁

* 如果lock是成员变量的话，每个SynTest类对象都会有自己的lock变量，那样是锁不

* 上的*/

synchronized(lock){

a = newStr;

}

}

}

当然了，除了上面的方法，还可以使用最新的ReadWriteLock，它的实现与synchronized类似，但都要保证访问的是同一把锁。

java sychronized轻量锁自动实现的吗

1 synchronized原理

synchronized关键字编译后会在同步块的前后添加上montorenter和monitorexit两个字节码指令，这两个字节码指令都需要一个指向锁定和解锁对象的reference,如果指定了同步的对象reference就指向这个对象，如果修饰的是方法，如果是类方法就指向Class对象，如果是实例方法就指向这个实例。

2线程安全

2.1定义

当多线程访问一个对象时，如果不需要考虑多线程的调度和交替执行，也不需要进行额外的同步，或者在调用方进行额外的协调操作，调用这个对象的行为都可以获得正确的结果，就可以说这个对象是线程安全的。

2.2原子性

java内存模型直接保证的原子性包括：read load use assign store write这6个，另外synchronized之间的操作也具备原子性。

2.3可见性

可见性指一个线程修改了共享变量的值，另外一个线程立即能够获得这个修改。

volatile通过修改后能够立即同步回主内存，使用之前必须从主内存刷新，保证了可见性。

synchronized和final变量也保证了可见性。

2.4有序性

同一个线程内，所有操作都是有序的，从一个线程观察另外一个线程，都是无序的。

synchronized 可以保证同一个锁的同步块只能串行进入。

3 synchronized缺点

synchronized是一种悲观锁，锁存的的问题：

1.多线程竞争的情况下，频繁的加锁解锁导致过多的线程上下文切换，由于java线程是基于操作系统内核线程实现的，所以如果阻塞或者唤醒线程都需要切换到内核态操作，这需要耗费许多CPU时钟。

2.一个线程持有锁，会导致其他请求该锁的线程挂起。

3.如果高优先级线程请求的锁，被低优先级线程占用，则会发生优先级倒置。

4锁优化

4.1 锁自旋

很多应用中共享数据的锁定，只会持续很多的一段时间，为了这很短的一段时间做线程的挂起和恢复，会造成很大的性能消耗，因为java线程对应操作系统的内核线程，要做挂起和恢复需要从用户态切换到通过系统调用完成，所以让后面请求锁的线程自旋一会。

4.2 锁消除

代码上要求同步，但是虚拟机检测到不存在共享数据竞争的情况下，会做锁消除。

有很多同步不是程序员自己加上的。

4.3 锁粗化

一般情况下锁应该范围尽可能的小。但是如果是循环内的锁，才可以通过锁粗化来避免频繁的加锁解锁消耗性能。

4.4 对象头

HotSpot虚拟机的对象头分为两部分，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如hashCode，GC分代年龄，官方称之为"mark word"，第二部分用于存储指向方法区对象类型的指针，如果是数组类型的还有一个存储数组长度的部分。

Java锁有哪些种类，以及区别

一、公平锁/非公平锁

公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。

非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能，会造成优先级反转或者饥饿现象。

对于Java ReentrantLock而言，通过构造函数指定该锁是否是公平锁，默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。

对于Synchronized而言，也是一种非公平锁。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度，所以并没有任何办法使其变成公平锁。

二、可重入锁

可重入锁又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法会自动获取锁。说的有点抽象，下面会有一个代码的示例。

对于Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一个可重入锁，其名字是Re entrant Lock重新进入锁。

对于Synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。

synchronized void setA() throws Exception{

Thread.sleep(1000);

setB();

}

synchronized void setB() throws Exception{

Thread.sleep(1000);

}

上面的代码就是一个可重入锁的一个特点，如果不是可重入锁的话，setB可能不会被当前线程执行，可能造成死锁。

三、独享锁/共享锁

独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。

共享锁是指该锁可被多个线程所持有。

对于Java

ReentrantLock而言，其是独享锁。但是对于Lock的另一个实现类ReadWriteLock，其读锁是共享锁，其写锁是独享锁。

读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的，读写，写读 ，写写的过程是互斥的。

独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或者共享。

对于Synchronized而言，当然是独享锁。

四、互斥锁/读写锁

上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法，互斥锁/读写锁就是具体的实现。

互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock

读写锁在Java中的具体实现就是ReadWriteLock

五、乐观锁/悲观锁

乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁，而是指看待并发同步的角度。

悲观锁认为对于同一个数据的并发操作，一定是会发生修改的，哪怕没有修改，也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作，悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为，不加锁的并发操作一定会出问题。

乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作，是不会发生修改的。在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重新的方式更新数据。乐观的认为，不加锁的并发操作是没有事情的。

从上面的描述我们可以看出，悲观锁适合写操作非常多的场景，乐观锁适合读操作非常多的场景，不加锁会带来大量的性能提升。

悲观锁在Java中的使用，就是利用各种锁。

乐观锁在Java中的使用，是无锁编程，常常采用的是CAS算法，典型的例子就是原子类，通过CAS自旋实现原子操作的更新。

六、分段锁

分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁，对于ConcurrentHashMap而言，其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。

我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想，ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment，它即类似于HashMap(JDK7与JDK8中HashMap的实现)的结构，即内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表;同时又是一个ReentrantLock(Segment继承了ReentrantLock)。

当需要put元素的时候，并不是对整个hashmap进行加锁，而是先通过hashcode来知道他要放在那一个分段中，然后对这个分段进行加锁，所以当多线程put的时候，只要不是放在一个分段中，就实现了真正的并行的插入。

但是，在统计size的时候，可就是获取hashmap全局信息的时候，就需要获取所有的分段锁才能统计。

分段锁的设计目的是细化锁的粒度，当操作不需要更新整个数组的时候，就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。

七、偏向锁/轻量级锁/重量级锁

这三种锁是指锁的状态，并且是针对Synchronized。在Java

5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。

偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。

轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。

重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。

八、自旋锁

在Java中，自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁，这样的好处是减少线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU。

典型的自旋锁实现的例子，可以参考自旋锁的实现

经常会听到Java锁这个词，但给自己的感觉很朦胧，有办法清楚的了解它吗？大虾们给个建议！！！

java锁机制Synchronized

打个比方：一个object就像一个大房子，大门永远打开。房子里有很多房间（也就是方法）。这些房间有上锁的（synchronized方法）， 和不上锁之分（普通方法）。房门口放着一把钥匙（key），这把钥匙可以打开所有上锁的房间。另外我把所有想调用该对象方法的线程比喻成想进入这房子某个 房间的人。所有的东西就这么多了，下面我们看看这些东西之间如何作用的。

在此我们先来明确一下我们的前提条件。该对象至少有一个synchronized方法，否则这个key还有啥意义。当然也就不会有我们的这个主题了。

一个人想进入某间上了锁的房间，他来到房子门口，看见钥匙在那儿（说明暂时还没有其他人要使用上锁的房间）。于是他走上去拿到了钥匙，并且按照自己 的计划使用那些房间。注意一点，他每次使用完一次上锁的房间后会马上把钥匙还回去。即使他要连续使用两间上锁的房间，中间他也要把钥匙还回去，再取回来。

因此，普通情况下钥匙的使用原则是：“随用随借，用完即还。”

这时其他人可以不受限制的使用那些不上锁的房间，一个人用一间可以，两个人用一间也可以，没限制。但是如果当某个人想要进入上锁的房间，他就要跑到大门口去看看了。有钥匙当然拿了就走，没有的话，就只能等了。

要是很多人在等这把钥匙，等钥匙还回来以后，谁会优先得到钥匙？Not guaranteed。象前面例子里那个想连续使用两个上锁房间的家伙，他中间还钥匙的时候如果还有其他人在等钥匙，那么没有任何保证这家伙能再次拿到。 （JAVA规范在很多地方都明确说明不保证，象Thread.sleep()休息后多久会返回运行，相同优先权的线程那个首先被执行，当要访问对象的锁被 释放后处于等待池的多个线程哪个会优先得到，等等。我想最终的决定权是在JVM，之所以不保证，就是因为JVM在做出上述决定的时候，绝不是简简单单根据 一个条件来做出判断，而是根据很多条。而由于判断条件太多，如果说出来可能会影响JAVA的推广，也可能是因为知识产权保护的原因吧。SUN给了个不保证 就混过去了。无可厚非。但我相信这些不确定，并非完全不确定。因为计算机这东西本身就是按指令运行的。即使看起来很随机的现象，其实都是有规律可寻。学过 计算机的都知道，计算机里随机数的学名是伪随机数，是人运用一定的方法写出来的，看上去随机罢了。另外，或许是因为要想弄的确定太费事，也没多大意义，所 以不确定就不确定了吧。）

1、synchronized关键字的作用域有二种：

1）是某个对象实例内，synchronized aMethod(){}可以防止多个线程同时访问这个对象的synchronized方法（如果一个对象有多个synchronized方法，只要一个线程访问了其中的一个synchronized方法，其它线程不能同时访问这个对象中任何一个synchronized方法）。这时，不同的对象实例的synchronized方法是不相干扰的。也就是说，其它线程照样可以同时访问相同类的另一个对象实例中的synchronized方法；

2）是某个类的范围，synchronized static aStaticMethod{}防止多个线程同时访问这个类中的synchronized static 方法。它可以对类的所有对象实例起作用。

2、除了方法前用synchronized关键字，synchronized关键字还可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。用法是: synchronized(this){/*区块*/}，它的作用域是当前对象；

3、synchronized关键字是不能继承的，也就是说，基类的方法synchronized f(){} 在继承类中并不自动是synchronized f(){}，而是变成了f(){}。继承类需要你显式的指定它的某个方法为synchronized方法；

synchronized的一个简单例子

public class TextThread

{

/**

* @param args

*/

public static void main(String[] args)

{

// TODO 自动生成方法存根

TxtThread tt = new TxtThread();

new Thread(tt).start();

new Thread(tt).start();

new Thread(tt).start();

new Thread(tt).start();

}

}

class TxtThread implements Runnable

{

int num = 100;

String str = new String();

public void run()

{

while (true)

{

synchronized(str)

{

if (num0)

{

try

{

Thread.sleep(10);

}

catch(Exception e)

{

e.getMessage();

}

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "this is "+ num--);

}

}

}

}

}

上面的例子中为了制造一个时间差,也就是出错的机会,使用了Thread.sleep(10)

总的说来，synchronized关键字可以作为函数的修饰符，也可作为函数内的语句，也就是平时说的同步方法和同步语句块。如果再细的分类，synchronized可作用于instance变量、object reference（对象引用）、static函数和class literals(类名称字面常量)身上。

java中文件加锁机制是怎么实现的。

Java中文件加锁机制如下：

在对文件操作过程中，有时候需要对文件进行加锁操作，防止其他线程访问该文件。对文件的加锁方法有两种：

第一种方法：使用RandomAccessFile类操作文件。

在java.io.RandomAccessFile类的open方法，提供了参数实现独占的方式打开文件：

RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "rws");

其中的“rws”参数，rw代表读取和写入，s代表了同步方式，也就是同步锁。这种方式打开的文件，就是独占方式的。

第二种方法：使用sun.nio.FileChannel对文件进行加锁。

代码：

RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("file.txt", "rw");

FileChannel fc = raf.getChannel();

FileLock fl = fc.tryLock();

if(fl.isValid())

System.out.println("You have got the file lock.");

以上是通过RandomAccessFile来获得文件锁的，方法如下：

代码：

FileOutputStream fos = new FileOutputStream("file.txt");

FileChannel fc = fos.getChannel(); //获取FileChannel对象

FileLock fl = fc.tryLock(); //or fc.lock();

if(null != fl)

System.out.println("You have got file lock.");

//TODO write content to file

//TODO write end, should release this lock

fl.release(); //释放文件锁

fos.close; //关闭文件写操作

如果在读文件操作的时候，对文件进行加锁，操作过程如下：

FileChannel也可以从FileInputStream中直接获得，但是这种直接获得FileChannel的对象直接去操作FileLock会报异常NonWritableChannelException，需要自己去实现getChannel方法，代码如下：

private static FileChannel getChannel(FileInputStream fin, FileDescriptor fd) {

FileChannel channel = null;

synchronized(fin){

channel = FileChannelImpl.open(fd, true, true, fin);

return channel;

}

}

其实，看FileInputStream时，发现getChannel方法与我们写的代码只有一个地方不同，即open方法的第三个参数不同，如果设置为false，就不能锁住文件了。缺省的getChannel方法，就是false，因此，不能锁住文件。

java自动锁升级原理的介绍就聊到这里吧，感谢你花时间阅读本站内容，更多关于java锁升级机制、java自动锁升级原理的信息别忘了在本站进行查找喔。