ART世界探险(9) - 同步锁

来源：互联网发布：淘宝小钱包编辑：程序博客网时间：2024/04/28 14:38

ART世界探险(9) - 同步锁

Java是一种把同步锁写进语言和指令集的语言。
从语言层面，Java提供了synchronized关键字。
从指令集层面，Java提供了monitorenter和monitorexit两条指令。

下面我们就看看它们是如何实现的吧。

三种锁的方式

Java代码

有三种方式来加锁：
* 直接在函数上加synchronized关键字
* 在函数内用某Object去做同步
* 调用concurrent库中的其他工具

    public synchronized int newID(){        return mID++;    }    public int newID2(){        synchronized (mObj){            mID++;        }        return mID;    }    public int newID3(){        Lock lock = new ReentrantLock();        try{            lock.lock();            mID++;        }finally {            lock.unlock();        }        return mID++;    }

Class字节码

第1个由于是加在函数上的属性，所以对字节码没有造成任何影响。

  public synchronized int newID();    Code:       0: aload_0       1: dup       2: getfield      #2                  // Field mID:I       5: dup_x1       6: iconst_1       7: iadd       8: putfield      #2                  // Field mID:I      11: ireturn

第二个，就会生成对应的monitorenter和monitorexit指令。

  public int newID2();    Code:       0: aload_0       1: getfield      #4                  // Field mObj:Ljava/lang/Object;       4: dup       5: astore_1       6: monitorenter       7: aload_0       8: dup       9: getfield      #2                  // Field mID:I      12: iconst_1      13: iadd      14: putfield      #2                  // Field mID:I      17: aload_1      18: monitorexit      19: goto          27      22: astore_2      23: aload_1      24: monitorexit      25: aload_2      26: athrow      27: aload_0      28: getfield      #2                  // Field mID:I      31: ireturn    Exception table:       from    to  target type           7    19    22   any          22    25    22   any

第三个，由于是新的工具，从指令集上是得不到支持的。
顺带我们讲一下try和finally，末尾有一个异常表，从第8号到24号指令是其范围，出现异常会跳到33语句处。

  public int newID3();    Code:       0: new           #7                  // class java/util/concurrent/locks/ReentrantLock       3: dup       4: invokespecial #8                  // Method java/util/concurrent/locks/ReentrantLock."<init>":()V       7: astore_1       8: aload_1       9: invokeinterface #9,  1            // InterfaceMethod java/util/concurrent/locks/Lock.lock:()V      14: aload_0      15: dup      16: getfield      #2                  // Field mID:I      19: iconst_1      20: iadd      21: putfield      #2                  // Field mID:I      24: aload_1      25: invokeinterface #10,  1           // InterfaceMethod java/util/concurrent/locks/Lock.unlock:()V      30: goto          42      33: astore_2      34: aload_1      35: invokeinterface #10,  1           // InterfaceMethod java/util/concurrent/locks/Lock.unlock:()V      40: aload_2      41: athrow      42: aload_0      43: dup      44: getfield      #2                  // Field mID:I      47: dup_x1      48: iconst_1      49: iadd      50: putfield      #2                  // Field mID:I      53: ireturn    Exception table:       from    to  target type           8    24    33   any

Dalvik代码

我们首先看看第一个，翻译成Dalvik指令后发生了变化，增加了monitor-enter和monitor-exit指令来包围这个方法。
从中可以看到，即使发生了exception，也是能正常走到monitor-exit的。

    #2              : (in Lcom/yunos/xulun/testcppjni2/SampleClass;)      name          : 'newID'      type          : '()I'      access        : 0x20001 (PUBLIC DECLARED_SYNCHRONIZED)      code          -      registers     : 3      ins           : 1      outs          : 0      insns size    : 12 16-bit code units1328c4:                                        |[1328c4] com.yunos.xulun.testcppjni2.SampleClass.newID:()I1328d4: 1d02                                   |0000: monitor-enter v21328d6: 5220 7a1d                              |0001: iget v0, v2, Lcom/yunos/xulun/testcppjni2/SampleClass;.mID:I // field@1d7a1328da: d801 0001                              |0003: add-int/lit8 v1, v0, #int 1 // #011328de: 5921 7a1d                              |0005: iput v1, v2, Lcom/yunos/xulun/testcppjni2/SampleClass;.mID:I // field@1d7a1328e2: 1e02                                   |0007: monitor-exit v21328e4: 0f00                                   |0008: return v01328e6: 0d00                                   |0009: move-exception v01328e8: 1e02                                   |000a: monitor-exit v21328ea: 2700                                   |000b: throw v0

第二个：
这是我们手工加的，除了用Object之外，跟上一个已经区别不大了。

    #3              : (in Lcom/yunos/xulun/testcppjni2/SampleClass;)      name          : 'newID2'      type          : '()I'      access        : 0x0001 (PUBLIC)      code          -      registers     : 3      ins           : 1      outs          : 0      insns size    : 16 16-bit code units1328f8:                                        |[1328f8] com.yunos.xulun.testcppjni2.SampleClass.newID2:()I132908: 5421 7b1d                              |0000: iget-object v1, v2, Lcom/yunos/xulun/testcppjni2/SampleClass;.mObj:Ljava/lang/Object; // field@1d7b13290c: 1d01                                   |0002: monitor-enter v113290e: 5220 7a1d                              |0003: iget v0, v2, Lcom/yunos/xulun/testcppjni2/SampleClass;.mID:I // field@1d7a132912: d800 0001                              |0005: add-int/lit8 v0, v0, #int 1 // #01132916: 5920 7a1d                              |0007: iput v0, v2, Lcom/yunos/xulun/testcppjni2/SampleClass;.mID:I // field@1d7a13291a: 1e01                                   |0009: monitor-exit v113291c: 5220 7a1d                              |000a: iget v0, v2, Lcom/yunos/xulun/testcppjni2/SampleClass;.mID:I // field@1d7a132920: 0f00                                   |000c: return v0132922: 0d00                                   |000d: move-exception v0132924: 1e01                                   |000e: monitor-exit v1132926: 2700                                   |000f: throw v0      catches       : 2        0x0003 - 0x000a          <any> -> 0x000d        0x000e - 0x000f          <any> -> 0x000d      positions     :         0x0000 line=27        0x0003 line=28        0x0009 line=29        0x000a line=30        0x000d line=29      locals        :         0x0000 - 0x0010 reg=2 this Lcom/yunos/xulun/testcppjni2/SampleClass;

第三个就像普通函数调用，就不多说了。

OAT的生成代码

因为前两个结构非常相似，到OAT这一级，我们就只分析第一个。

  3: int com.yunos.xulun.testcppjni2.SampleClass.newID() (dex_method_idx=16780)    DEX CODE:      0x0000: 1d02                      | monitor-enter v2      0x0001: 5220 7a1d                 | iget v0, v2, I com.yunos.xulun.testcppjni2.SampleClass.mID // field@7546      0x0003: d801 0001                 | add-int/lit8 v1, v0, #+1      0x0005: 5921 7a1d                 | iput v1, v2, I com.yunos.xulun.testcppjni2.SampleClass.mID // field@7546      0x0007: 1e02                      | monitor-exit v2      0x0008: 0f00                      | return v0      0x0009: 0d00                      | move-exception v0      0x000a: 1e02                      | monitor-exit v2      0x000b: 2700                      | throw v0    OatMethodOffsets (offset=0x00277794)      code_offset: 0x0066275c       gc_map: (offset=0x002ce242)    OatQuickMethodHeader (offset=0x00662740)      mapping_table: (offset=0x0030855a)      vmap_table: (offset=0x0030df6a)      v65535/r30    QuickMethodFrameInfo      frame_size_in_bytes: 32      core_spill_mask: 0x40000000 (r30)      fp_spill_mask: 0x00000000       vr_stack_locations:        locals: v0[sp + #12] v1[sp + #16]        ins: v2[sp + #40]        method*: v3[sp + #0]    CODE: (code_offset=0x0066275c size_offset=0x00662758 size=168)...      0x0066275c: d1400bf0  sub x16, sp, #0x2000 (8192)      0x00662760: b940021f  ldr wzr, [x16]      suspend point dex PC: 0x0000      GC map objects:  v2 ([sp + #40])

前面还是不变的判suspend.
w1存的是当年的对象，存到sp+40，这个下面就当成锁对象用。

      0x00662764: f81e0fe0  str x0, [sp, #-32]!      0x00662768: f9000ffe  str lr, [sp, #24]      0x0066276c: b9002be1  str w1, [sp, #40]      0x00662770: 79400250  ldrh w16, [tr] (state_and_flags)      0x00662774: 35000430  cbnz w16, #+0x84 (addr 0x6627f8)

把刚从sp+40的当前对象取出来到w0。
然后调用pLockObject过程去加锁。

      0x00662778: b9402be0  ldr w0, [sp, #40]      0x0066277c: f9419e5e  ldr lr, [tr, #824] (pLockObject)      0x00662780: d63f03c0  blr lr      suspend point dex PC: 0x0000      GC map objects:  v2 ([sp + #40])

w0的引用对象再读回来。
sp+12是域变量mID，读取寄存器w1
然后再存回去，再读到w0中，因为下一个加法要在w0中算。

      0x00662784: b9402be0  ldr w0, [sp, #40]      0x00662788: b940001f  ldr wzr, [x0]      suspend point dex PC: 0x0001      GC map objects:  v2 ([sp + #40])      0x0066278c: b9400c01  ldr w1, [x0, #12]      suspend point dex PC: 0x0001      GC map objects:  v2 ([sp + #40])      0x00662790: b9000fe1  str w1, [sp, #12]      0x00662794: b9400fe0  ldr w0, [sp, #12]

计算mID++，存到sp+16中。
再把对象从sp+40再读出来，再找到mID，存回去到sp+12.

      0x00662798: 11000401  add w1, w0, #0x1 (1)      0x0066279c: b90013e1  str w1, [sp, #16]      0x006627a0: b9402be0  ldr w0, [sp, #40]      0x006627a4: b940001f  ldr wzr, [x0]      suspend point dex PC: 0x0005      GC map objects:  v2 ([sp + #40])      0x006627a8: b9000be0  str w0, [sp, #8]      0x006627ac: b9400be0  ldr w0, [sp, #8]      0x006627b0: b94013e1  ldr w1, [sp, #16]      0x006627b4: b9000c01  str w1, [x0, #12]

解锁，从sp+40把对象引用再读出来，用这个对象做参数调pUnlockObject.

      0x006627b8: b9402be0  ldr w0, [sp, #40]      0x006627bc: f941a25e  ldr lr, [tr, #832] (pUnlockObject)      0x006627c0: d63f03c0  blr lr      suspend point dex PC: 0x0007      GC map objects:  v2 ([sp + #40])

sp+12记得是mID变量哈，读到w0，准备返回，恢复LR，清理栈，返回。

      0x006627c4: b9400fe0  ldr w0, [sp, #12]      0x006627c8: f9400ffe  ldr lr, [sp, #24]      0x006627cc: 910083ff  add sp, sp, #0x20 (32)      0x006627d0: d65f03c0  ret

下面是exception情况下的解锁，将exception的值存在sp+12中。
从sp+40读对象引用，用它去pUnlockObject解锁。

      catch entry dex PC: 0x0009      0x006627d4: b9408a40  ldr w0, [tr, #136] (exception)      0x006627d8: b9008a5f  str wzr, [tr, #136] (exception)      0x006627dc: b9000fe0  str w0, [sp, #12]      0x006627e0: b9402be0  ldr w0, [sp, #40]      0x006627e4: f941a25e  ldr lr, [tr, #832] (pUnlockObject)      0x006627e8: d63f03c0  blr lr      suspend point dex PC: 0x000a      GC map objects:  v0 ([sp + #12]), v2 ([sp + #40])

解了锁之后，再把刚才暂存在sp+12的exception，调用pDeliverException抛出去。

      0x006627ec: b9400fe0  ldr w0, [sp, #12]      0x006627f0: f942225e  ldr lr, [tr, #1088] (pDeliverException)      0x006627f4: d63f03c0  blr lr      suspend point dex PC: 0x000b      GC map objects:  v0 ([sp + #12]), v2 ([sp + #40])

最后还是pTestSuspend。

      0x006627f8: f9421e5e  ldr lr, [tr, #1080] (pTestSuspend)      0x006627fc: d63f03c0  blr lr      suspend point dex PC: 0x0000      GC map objects:  v2 ([sp + #40])      0x00662800: 17ffffde  b #-0x88 (addr 0x662778)

1 0