对象内置锁ObjectMonitor

内置锁(ObjectMonitor)

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，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 ;  
}  

特别重要的两个属性：

监控区（Entry Set）：锁已被其他线程获取，期待获取锁的线程就进入Monitor对象的监控区

待授权区（Wait Set）：曾经获取到锁，但是调用了wait方法，线程进入待授权区

ObjectMonitor队列之间的关系转换：

内置锁状态转换图：

对象内置锁ObjectMonitor流程：

• 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。
• 所有曾经获得过锁，但是由于其它必要条件不满足而需要wait的时候，线程就进入了对象锁的wait set区域 。
• 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。
• 在当前拥有锁的线程释放掉锁的时候，处于该对象锁的entryset区域的线程都会抢占该锁，但是只能有任意的一个Thread能取得该锁，而其他线程依然在entry set中等待下次来抢占到锁之后再执行。

既然提到了_waitSet和_EntryList(_cxq队列后面会说)，那就看一下底层的wait和notify方法

wait方法的实现过程:

  //1.调用ObjectSynchronizer::wait方法
void ObjectSynchronizer::wait(Handle obj, jlong millis, TRAPS) {
  /*省略 */
  //2.获得Object的monitor对象(即内置锁)
  ObjectMonitor* monitor = ObjectSynchronizer::inflate(THREAD, obj());
  DTRACE_MONITOR_WAIT_PROBE(monitor, obj(), THREAD, millis);
  //3.调用monitor的wait方法
  monitor->wait(millis, true, THREAD);
  /*省略*/
}
  //4.在wait方法中调用addWaiter方法
  inline void ObjectMonitor::AddWaiter(ObjectWaiter* node) {
  /*省略*/
  if (_WaitSet == NULL) {
    //_WaitSet为null，就初始化_waitSet
    _WaitSet = node;
    node->_prev = node;
    node->_next = node;
  } else {
    //否则就尾插
    ObjectWaiter* head = _WaitSet ;
    ObjectWaiter* tail = head->_prev;
    assert(tail->_next == head, "invariant check");
    tail->_next = node;
    head->_prev = node;
    node->_next = head;
    node->_prev = tail;
  }
}
  //5.然后在ObjectMonitor::exit释放锁，接着 thread_ParkEvent->park  也就是wait

总结：通过object获得内置锁(objectMonitor)，通过内置锁将Thread封装成OjectWaiter对象，然后addWaiter将它插入以_waitSet为首结点的等待线程链表中去，最后释放锁。

notify方法的底层实现

  //1.调用ObjectSynchronizer::notify方法
    void ObjectSynchronizer::notify(Handle obj, TRAPS) {
    /*省略*/
    //2.调用ObjectSynchronizer::inflate方法
    ObjectSynchronizer::inflate(THREAD, obj())->notify(THREAD);
}
    //3.通过inflate方法得到ObjectMonitor对象
    ObjectMonitor * ATTR ObjectSynchronizer::inflate (Thread * Self, oop object) {
    /*省略*/
     if (mark->has_monitor()) {
          ObjectMonitor * inf = mark->monitor() ;
          assert (inf->header()->is_neutral(), "invariant");
          assert (inf->object() == object, "invariant") ;
          assert (ObjectSynchronizer::verify_objmon_isinpool(inf), "monitor is inva;lid");
          return inf 
      }
    /*省略*/ 
      }
    //4.调用ObjectMonitor的notify方法
    void ObjectMonitor::notify(TRAPS) {
    /*省略*/
    //5.调用DequeueWaiter方法移出_waiterSet第一个结点
    ObjectWaiter * iterator = DequeueWaiter() ;
    //6.后面省略是将上面DequeueWaiter尾插入_EntrySet的操作
    /**省略*/
  }

总结：通过object获得内置锁(objectMonitor)，调用内置锁的notify方法，通过_waitset结点移出等待链表中的首结点，将它置于_EntrySet中去，等待获取锁。注意：notifyAll根据policy不同可能移入_EntryList或者_cxq队列中，此处不详谈。

总结：

每个对象的Object Monitor控制过程相对独立，但是一个线程可以同时拥有一个或者多个对象的操作权限。

参考：

Java线程同步与信号量的奥秘

JVM 管程介绍

Java并发基石——所谓“阻塞”：Object Monitor和AQS（1）