synchronized 給人的印象一直是并發(fā)編程中的元老級角色但是其比較重尽棕，并稱之為重量級鎖，但是事實真的是這樣嗎恩沽？其實隨著 Java SE 1.6 對 synchronized 進行了各種優(yōu)化葛碧，隨著 JDK 的升級對 synchronized 的優(yōu)化是持續(xù)進行的糯钙，因此對于 synchronized 的使用及理解就變得非常重要了，本文就對 synchronized 的原理進行一些介紹逞频。

先來看一下利用 synchronized 實現(xiàn)同步的基礎纯衍。Java 中的每一個對象都可以作為鎖。具體表現(xiàn)為 3 種形式苗胀。

• 對于普通同步方法襟诸，鎖是當前實例對象瓦堵。
• 對于靜態(tài)同步方法，鎖是當前類的 Class 對象歌亲。
• 對于同步方法塊菇用，鎖是 synchronized 括號里配置的對象。

當一個線程試圖訪問同步代碼塊時陷揪，它首先必須得到鎖惋鸥，退出或拋出異常時必須釋放鎖。那么鎖到底存在哪里呢悍缠？鎖里面會存儲什么信息呢卦绣？

從 JVM 規(guī)范中可以看到 synchronized 在 JVM 里的實現(xiàn)原理， JVM 基于進入和退出 Monitor 對象來實現(xiàn)方法同步和代碼塊同步扮休。方法同步和代碼塊同步是使用 monitorenter 和 monitorexit 指令實現(xiàn)的迎卤。 monitorenter 指令是在編譯后插入到同步代碼塊的開始位置拴鸵，而 monitorexit 是插入到代碼塊結(jié)束處和異常處玷坠， JVM 要保證每個 monitorenter 必須有對應的 monitorexit 與之配對。任何對象都有一個 monitor 與之關聯(lián)劲藐，并且一個 monitor 被持有后八堡，它將處于鎖定狀態(tài)。線程執(zhí)行到 monitorenter 指令時聘芜，將會嘗試獲取對象對應的 monitor 的所有權(quán)兄渺，即嘗試獲得對象的鎖。 例如對于如下簡單的代碼汰现，編譯出成字節(jié)碼之后再通過 javap -c 命令進行反匯編便可以看到 monitorenter 和 monitorexit 指令挂谍。

public class SynchronizedTest {
    public static void main(String[] args) {
        synchronized (SynchronizedTest.class) {
            System.out.println("synchronized...");
        }
    }
}

Compiled from "SynchronizedTest.java"
public class com.weiqiang.SynchronizedTest {
  public com.weiqiang.SynchronizedTest();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: ldc           #2                  // class com/weiqiang/SynchronizedTest
       2: dup
       3: astore_1
       4: monitorenter
       5: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       8: ldc           #4                  // String synchronized...
      10: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      13: aload_1
      14: monitorexit
      15: goto          23
      18: astore_2
      19: aload_1
      20: monitorexit
      21: aload_2
      22: athrow
      23: return
    Exception table:
       from    to  target type
           5    15    18   any
          18    21    18   any
}

Java 對象頭

synchronized 用的鎖是存在 Java 對象頭里的。如果對象是數(shù)組類型瞎饲，則虛擬機用 3 個字寬存儲對象頭口叙，如果對象是非數(shù)組類型，則用 2 個字寬存儲對象頭嗅战。

Java 對象頭里的 Mark Word 里默認存儲對象的 HashCode妄田、分代年齡和鎖標記位。 32 位 JVM 的 Mark Word 的默認存儲結(jié)構(gòu)如下所示：

鎖的升級與對比

Java SE 1.6 為了減少獲得鎖和釋放鎖帶來的性能消耗驮捍，引入了 偏向鎖 和 輕量級鎖 疟呐，在 Java SE 1.6 中，鎖一共有 4 種狀態(tài)东且，級別從低到高依次是：無鎖狀態(tài)启具、偏向鎖狀態(tài)、輕量級鎖狀態(tài)和重量級鎖狀態(tài)珊泳，這幾個狀態(tài)會隨著競爭情況逐漸升級鲁冯。鎖可以升級但不能降級囤踩，意味著偏向鎖升級成輕量級鎖之后便不能再降級成偏向鎖。

偏向鎖

JVM 的作者經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)晓褪，大多數(shù)情況下堵漱，鎖不僅不存在多線程競爭，而且總是由同一線程多次獲得涣仿，為了讓線程獲得鎖的代價更低而引入了偏向鎖勤庐。當一個線程訪問同步代碼時，會在對象頭和棧幀中的鎖記錄里存儲鎖偏向的線程 ID好港，以后該線程在進入和退出同步代碼時不需要進行 CAS 操作來加鎖和解鎖愉镰，只需簡單的測試一下對象頭的 Mark Word 里是否存儲著指向當前線程的偏向鎖。如果測試成功钧汹，表示線程已經(jīng)獲得了鎖丈探，如果測試失敗，則需要再測試一下 Mark Word 中偏向鎖的標識是否設置成 1 (表示當前是偏向鎖)拔莱，如果沒有設置碗降，則使用 CAS 競爭鎖；如果設置了塘秦，則嘗試使用 CAS 將對象頭的偏向鎖指向當前線程讼渊。

• 偏向鎖的撤銷
  偏向鎖使用了一種等到競爭出現(xiàn)才釋放鎖的機制，所以當其他線程嘗試競爭偏向鎖時尊剔，持有偏向鎖的線程才會釋放鎖爪幻。偏向鎖的撤銷，需要等待全局安全點（在這個時間點上沒有正在執(zhí)行的字節(jié)碼）须误。它會暫停擁有鎖的線程挨稿，然后檢查持有偏向鎖的線程是否活著，如果線程不處于活動狀態(tài)京痢，則將對象頭設置成無鎖狀態(tài)奶甘；如果線程任然活著，擁有偏向鎖的棧會被執(zhí)行历造，遍歷偏向?qū)ο蟮逆i記錄甩十，棧中的鎖記錄和對象頭的 Mark Word 要么重新偏向與其他線程，要么恢復到無鎖活著標記對象不適合作為偏向鎖吭产，最后喚醒暫停的線程侣监。

輕量級鎖

• 輕量級鎖加鎖
  線程在執(zhí)行同步代碼塊之前， JVM 會先在當前線程的棧幀中創(chuàng)建用于存儲鎖記錄的空間臣淤，并將對象頭中的 Mark Word 復制到鎖記錄中橄霉，然后線程嘗試使用 CAS 將對象頭中的 Mark Word 替換為指向鎖記錄的指針。如果成功邑蒋，當前線程獲得鎖姓蜂，如果失敗按厘，表示其他線程競爭鎖，當前線程便嘗試使用自旋來獲取鎖钱慢。
• 輕量級鎖解鎖
  輕量級鎖解鎖時逮京，會使用原子的 CAS 操作將鎖記錄中的 Mardk Word 替換會到對象頭，如果成功束莫，則表示沒有競爭發(fā)生懒棉。如果失敗，表示當前鎖存在競爭览绿，鎖就會膨脹成重量級鎖策严。
  因為自旋會消耗 CPU ，為了避免無用的自旋饿敲，一旦鎖升級成重量級鎖妻导，就不會再恢復到輕量級鎖狀態(tài)。當鎖處于這個狀態(tài)下怀各，其他線程試圖獲取鎖時都會被阻塞住倔韭，當持有鎖的線程釋放鎖之后會喚醒這些線程，被喚醒的線程會進行新一輪的奪鎖之爭渠啤。

鎖的優(yōu)缺點對比

完