JAVA并发Monitor工作原理图解
目录
- 一、前言
- 二、Monitor 的数据结构
- 三、Monitor 的工作流程
- 工作流程图解
- 四、Monitor 和锁的演进机制
- 五、Monitor 的作用总结表
一、前言
Monitor 是 Java 中实现 互斥锁（Mutual Exclusion） 的核心工具。只有一个线程可以持有某个对象的 Monitor，其他线程必须阻塞等待，直到该线程释放锁，JVM 中每个对象在重量级锁的情况才关联着一个 Monitor，当线程进入 锁等级为重量级的synchronized 代码时，必须先获得该对象的 Monitor。
二、Monitor 的数据结构
三、Monitor 的工作流程
（1）某线程尝试进入同步代码块（monitorenter）
- 如果 Monitor 没有被其他线程持有，线程获得锁（成为 Owner）。
- 如果已经持有：
- 若是当前线程自身（重入），增加计数器。
- 否则，进入 Entry Queue 阻塞等待。
（2）退出同步代码块（monitorexit）
- 释放锁：减少计数器；
- 若计数为 0，则清空 Owner，并唤醒 Entry Queue 中的线程开始争夺锁。
（3）调用 wait/notify javascript时的行为
wait()：- 当前线程释放锁，加入 Wait Set，进入等待状态；
notify()：- 将 Wait Set 中随机选择一个线程移入 Entry Queue，等待重新竞争锁。
工作流程图解
线程零抢占到对象obj的锁，此时EntryQueue中存放一二三线程等待抢锁
此时对Thread-0调用wait()方法，Thread-0释放锁并且进入WaitSet，EntryQueue队列中的线程随机获取锁，假设Thread-2获取到锁
此时EntryQueue中的线程处于阻塞状态（blockED），等待Thread-2释放锁再进行抢锁
而此时Thread-0线程进入等待状态（WAITING或TIMED_WAITING），不参与锁的竞争，只有恢复阻塞状态时才去python参与锁的竞争
想要从等待状态恢复为阻塞状态的三种方法
- 其他线程调用
notify()或notifyAll()唤醒它 - 等待超时(如果使用了
wait(long timeout)方法) - 被中断(调用
interrupt()方法)
四、Monitor 和锁的演进机制
JVM 为了性能优化，提供了 锁优化策略：
| 锁类型 | 描述 |
|---|---|
| 无锁 | 默认状态，适用于单线程环境，Mark Word 存储对象的哈希码、分代年龄等信息。 |
| 偏向锁 | 偏向于第一个访问线程，后续无竞争，Mark Word 会被替换为锁标志位(01)和持有锁的线程ID |
| 轻量级锁 | 多线程但无阻塞，通过 CAS 竞争
|
| 重量级锁 | Monitor 对象控制，线程进入阻塞队列，性能开销大，Mark Word 中存储指向 Monitor 对象(管程/互斥量)的指针 |
五、Monitor 的作用总结表
| 功能 | 描述 |
|---|---|
| 互斥访问 | 确保同一时间内只有一个线程访问共享资源 |
| 可重入性 | 同一线程可重复进入临界区 |
| 线程协作（条件变量） | 支持 wait/notify 机制 |
| 阻塞调度 | 管理 Entry Queue 和 Wait Set 的线程阻塞与唤醒 |
| 性能优化依据 | 锁升级的核心控制结构 |
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