JVM 是否为每个对象创建互斥体以实现“同步”？关键词？如果没有，怎么办？

Question

作为一个越来越熟悉 Java 的 C++ 程序员，看到语言级支持锁定任意对象而没有任何类型的声明表明该对象支持此类锁定，这对我来说有点奇怪。为每个对象创建互斥体似乎是自动选择的高昂成本。除了内存使用之外，互斥体在某些平台上也是操作系统有限的资源。如果互斥锁不可用，您可以使用自旋锁，但其性能特征明显不同，我预计这会损害可预测性。

JVM 是否在所有情况下都足够聪明，能够识别特定对象永远不会成为同步关键字的目标，从而避免创建互斥锁？互斥体可以懒惰地创建，但这会带来一个引导问题，它本身就需要互斥体，即使解决了这个问题，我认为仍然会产生一些开销来跟踪互斥体是否已经创建。所以我假设如果这样的优化是可能的，它必须在编译时或启动时完成。在 C++ 中，由于编译模型的原因，这样的优化是不可能的（你无法知道对象的锁是否会跨库边界使用），但我对 Java 的编译和链接了解不够。如果同样的限制适用。

Answer 1

作为一个研究过某些 JVM 实现锁的方式的人来说……

正常的方法是从对象头字中的几个保留位开始。如果对象从未被锁定，或者已锁定但没有争用，则它将保持这种状态。如果锁定的对象发生争用，JVM 会将锁膨胀为成熟的互斥数据结构，并在对象的生命周期内保持这种状态。

编辑 - 我刚刚注意到OP正在谈论操作系统支持的互斥体。在我看过的示例中，未膨胀的互斥体是直接使用 CAS 指令等实现的，而不是使用 pthread 库函数等。

Answer 2

这实际上是 JVM 的一个实现细节，不同的 JVM 可能会有不同的实现。然而，这绝对不是可以在编译时优化的东西，因为 Java 在运行时链接，并且以前未知的代码有可能获得在旧代码中创建的对象并启动对其进行同步。

请注意，在 Java 行话中，同步原语称为“监视器”而不是互斥体，并且它由特殊字节码操作支持。 这里有一个相当详细的解释。

Answer 3

你永远无法确定一个对象永远不会被用作锁（考虑反射）。通常，每个对象都有一个标头，其中有一些专用于锁的位。可以实现它，以便仅根据需要添加标头，但这会有点复杂，而且您可能仍然需要一些标头（类（相当于 C++ 中的“vtbl”和分配大小）、哈希码和垃圾收集） 。

这里有一个关于 OpenJDK 中同步实现的 wiki 页面。

（在我的文章中）意见，为每个对象添加锁是一个错误。）

Answer 4

JVM不能直接使用比较和交换指令吗？假设每个对象都有一个字段 lockingThreadId 存储锁定它的线程的 id，

while( compare_and_swap (obj.lockingThreadId, null, thisThreadId) != thisTheadId )
    // failed, someone else got it
    mark this thread as waiting on obj.
    shelf this thead

//out of loop. now this thread locked the object

do the work

obj.lockingThreadId = null;
wake up threads waiting on the obj

这是一个玩具模型，但它看起来并不太昂贵，并且不依赖于操作系统。