Java: synchronizedの実装

Question

Javaのsynchronizedについての質問です。あるスレッドがロックを取るとき、メモリ上ではどのようなことが起こっているのでしょうか。mutexベースのロックとの情報もありますが、モニタと呼ばれる、より高度な方法で排他制御していると聞きました。これって、どのようなものなのでしょうか？
イメージ的には、
こちらの記事
がわかりやすかったです。

単にmutexベースのロックならば、あるオブジェクトAを対象とするsynchronizedブロックを考えると、複数のスレッドがクリティカルセクションを実行しようとしたときに、あるスレッドはmutexを見に行き、値が存在するならば、そのスレッドはブロックされ、値が存在していないなら、自分のメモリのアドレスなどを書き込んだ後に、実行し、実行後その値を消すというの処理をすれば、排他制御は実現できます。
私はこれをmutexベースのロックと呼んでいます。
ただ、Javaの場合ですと、mutexではなく、monitorと呼ばれる仕組みで排他制御を行なっているらしいです。これは一体どのようなものなのでしょうか。また、Objectクラスにあるwait()メソッドは、それを実行したスレッドをwait setと呼ばれる領域に配置する、とのことですが、これはリソースを取得しようとしてブロックされた状態とは明確に区別されます。
上で紹介した記事では、分かりやすさのために、インスタンスがモニターやウェイトセットを持つとしていますが、実際のところ、システムはどのようにして、これらを実現しているのでしょうか。

Javaに詳しい方、是非とも教えてください。

Answer 1

モニタと呼ばれる、より高度な方法で排他制御していると聞きました。これって、どのようなものなのでしょうか？

引用先ページでよく説明されていると思います。モニタ(monitor)同期機構は、「ミューテックス/排他制御(mutex)」と「スレッド間の通知・待機機構」を組み合わせたものです。

実際のところ、システムはどのようにして、これらを実現しているのでしょうか。

ナイーブな実装では、ミューテックス(mutex)と条件変数(condition variable)を組み合わせてモニタ同期を実現できます。Java仮想マシン(JVM)実装では、"Biased Locking"とよばれる最適化された実装を行っているようです。

• https://wiki.openjdk.java.net/display/HotSpot/Synchronization
• http://hsmemo.github.io/articles/no3059BSg.html

Comments

[退会済みユーザー]

お返事が遅れてしまい申し訳在りません（知らないことが多く、ずっと調べておりました）。Biased LockingやThin Lockingについてはおかげで大方理解できたと思いますが、
"ナイーブな実装では、ミューテックス(mutex)と条件変数(condition variable)を組み合わせてモニタ同期を実現できます。"
このへんがイマイチ理解できてないです。
できればHot spotの実装が見たいのですが、IBMのJVMでは大体こんな感じらしいです(mutexや条件変数については言及しておらず、少しモヤモヤします)。
https://www.ibm.com/developerworks/community/blogs/738b7897-cd38-4f24-9f05-48dd69116837/entry/jvm_under_the_hood_locking_in_ibm_j9_vm2?lang=en
この部分(ナイーブな実装部分)について少し補足をいただけると幸いです。

[yohhoy]

それぞれ mutex=排他制御, condition-variable=スレッド間通知/待機 を提供する同期機構ですから、両者を組み合わせることでモニタ同期を実装可能という意味です。

https://en.wikipedia.org/wiki/Monitor_(synchronization)#Condition_variables_2