ObjectMonitor对象

内置锁ObjectMonitor类
Monitor可以理解为一个同步工具或一种同步机制，通常被描述为一个对象。每一个Java对象就有一把看不见的锁，称为内部锁或者Monitor锁。

通常所说的对象的内置锁，是对象头Mark Word中的重量级锁指针指向的monitor对象，每个对象都存在着一个 Monitor对象与之关联。执行 monitorenter 指令就是线程试图去获取 Monitor 的所有权，抢到了就是成功获取锁了；执行 monitorexit 指令则是释放了Monitor的所有权。

该对象是在HotSpot底层C++语言编写的(openjdk里面看)，简单看一下代码：

//结构体如下
ObjectMonitor::ObjectMonitor() {  
  _header       = NULL;  
  _count       = 0;  
  _waiters      = 0,  
  _recursions   = 0;       //线程的重入次数
  _object       = NULL;  
  _owner        = NULL;    //标识拥有该monitor的线程
  _WaitSet      = NULL;    //等待线程组成的双向循环链表，_WaitSet是第一个节点
  _WaitSetLock  = 0 ;  
  _Responsible  = NULL ;  
  _succ         = NULL ;  
  _cxq          = NULL ;    //多线程竞争锁进入时的单向链表
  FreeNext      = NULL ;  
  _EntryList    = NULL ;    //_owner从该双向循环链表中唤醒线程结点，_EntryList是第一个节点
  _SpinFreq     = 0 ;  
  _SpinClock    = 0 ;  
  OwnerIsThread = 0 ;  
}  

- _owner：指向持有ObjectMonitor对象的线程 - _WaitSet：存放处于wait状态的线程队列，即已经获取得一次锁了，对象调用了wait方法，将当前线程挂起了就进入了等待队列。等待时间到期的时候唤醒，或者其他线程唤醒。 - _EntryList：队列，用来获取锁的缓冲区，用来将cxq和waitSet中的数据 移动到entryList进行排队。这个统一获取锁的入口。一般是cxq 或者waitSet数据复制过来进行统一排队。 - _count：约为_WaitSet 和 _EntryList 的节点数之和 - _cxq：竞争队列，所有请求锁的线程首先会被放在这个队列中（单向链接）。`_cxq`是一个临界资源，JVM通过CAS原子指令来修改`_cxq`队列。修改前`_cxq`的旧值填入了node的next字段，`_cxq`指向新值（新线程）。因此`_cxq`是一个后进先出的stack（栈）。 - _recursions：记录重入次数

ObjectMonitor的基本工作机制
上图简略展示了ObjectMonitor的基本工作机制：

（1）所有期待获得锁的线程，在锁已经被其它线程拥有的时候，这些期待获得锁的线程就进入了对象锁的entry set区域。即进入 _EntryList 队列中。

（2）当某个线程获取到对象的Monitor后进入临界区域，并把Monitor中的 _owner 变量设置为当前线程，同时Monitor中的计数器 _count 加1。即获得对象锁。

（3）若持有Monitor的线程调用 wait() 方法，将释放当前持有的Monitor，_owner变量恢复为null，_count自减1，同时该线程进入 _WaitSet 集合中等待被唤醒。

（4）在wait set区域的线程获得Notify/notifyAll通知的时候，随机的一个Thread（Notify）或者是全部的Thread（NotifyALL）从对象锁的wait set区域进入了entry set中。

（5）若当前线程执行完毕也将释放Monitor并复位变量的值，以便其他线程进入获取锁。

线程争抢锁的过程要比上面展示得更加复杂。除了_EntryList 这个双向链表用来保存竞争的线程，ObjectMonitor中还有另外一个单向链表 _cxq，由两个队列来共同管理并发的线程。

ObjectMonitor的并发管理逻辑

ObjectMonitor::enter() 和 ObjectMonitor::exit() 分别是ObjectMonitor获取锁和释放锁的方法。线程解锁后还会唤醒之前等待的线程，根据策略选择直接唤醒_cxq队列中的头部线程去竞争，或者将_cxq队列中的线程加入_EntryList，然后再唤醒_EntryList队列中的线程去竞争。

ObjectMonitor::enter()

ObjectMonitor::enter()竞争锁的流程

下面我们看一下ObjectMonitor::enter()方法竞争锁的流程：

首先尝试通过 CAS 把 ObjectMonitor 中的 _owner 设置为当前线程，设置成功就表示获取锁成功。通过 _recursions 的自增来表示重入。

如果没有CAS成功，那么就开始启动自适应自旋，自旋还不行的话，就包装成 ObjectWaiter 对象加入到 _cxq 单向链表之中。关于自旋锁和自适应自旋，可以参考前文《Java面试必考问题：什么是自旋锁 》。

加入_cxq链表后，再次尝试是否可以CAS拿到锁，再次失败就要阻塞(block)，底层调用了pthread_mutex_lock。

ObjectMonitor::exit()方法

线程执行 Object.wait()方法时，会将当前线程加入到 _waitSet 这个双向链表中，然后再运行ObjectMonitor::exit() 方法来释放锁。

可重入锁就是根据 _recursions 来判断的，重入一次就执行 _recursions++，解锁一次就执行 _recursions–，如果 _recursions 减到 0 ，就说明需要释放锁了。

线程解锁后还会唤醒之前等待的线程。当线程执行 Object.notify()方法时，从 _waitSet 头部拿线程节点，然后根据策略（QMode指定）决定将线程节点放在哪里，包括_cxq 或 _EntryList 的头部或者尾部，然后唤醒队列中的线程。

线程执行同步方法或代码块结束之后，会调用exit方法将当前线程从锁对象中移除，并尝试唤醒启动的线程来获取锁的过程。核心要点有两个，一个是将当前线程释放，这个很好理解就把_owner字段中线程值设为空就好了。另一个是唤醒其他线程，这个就涉及到相关的策略，因为前面他有一个排队队列_cxq，还有一个_EntryList，到底从哪里优先去取。提供了四种策略：

• QMode=2 的时候，优先从_cxq唤醒；
• QMode=3 的时候，_cxq中的数据加入到_EntryList尾部中来 然后从_EntryList开始获取；
• QMode=4的时候，_cxq中的数据加入到_EntryList前面来 然后从_EntryList开始获取；
• QMode=1 的时候，这个是默认策略 优先从_EntryList 中获取，如果_EntryList为空的情况，把_cxq进行队列反转然后从_cxq获取。整个策略本质上是考虑公平性与吞吐效率的考量。

---

转载自：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/356010805