在java多線程并發(fā)編程中,Synchronized一直占有很重要的角色猛遍。Synchronized通過獲取鎖來實(shí)現(xiàn)同步。先來看一下,它的使用方法:
package com.Vinctor.Tst;
public class VinctorSyncDemo {
public static synchronized void staticSyncMethod() {
System.out.println("static synchronized");
}
public synchronized void normalSyncMethod() {
System.out.println("normal SyncMethod");
}
public void normalInnerMethod() {
synchronized (this) {
}
}
public void staticInnerMethod() {
synchronized (VinctorSyncDemo.class) {
}
}
}
如上，分為三種方式:
- 如
staticSyncMethod懊烤，修飾靜態(tài)方法梯醒，鎖是當(dāng)前類的類對象，位于方法區(qū) - 如
normalSyncMethod腌紧，修飾普通實(shí)例方法茸习，鎖是當(dāng)前實(shí)例對象，位于堆 - 修飾代碼塊壁肋，如
normalInnerMethod與staticInnerMethod号胚，其中synchronized (this)與normalSyncMethod效果相同，synchronized (VinctorSyncDemo.class)與staticSyncMethod效果相同浸遗。
我們將上述代碼javap之后猫胁，看一下字節(jié)碼指令：
可以看到看到staticInnerMetho方法在執(zhí)行到synchronized代碼塊時(shí)，有兩個(gè)指令monitorenter和monitorexit跛锌，而下面異常表指向的位置10弃秆，也同樣執(zhí)行了monitorexit∷杳保可見同步代碼塊的實(shí)現(xiàn)是使用monitorenter和monitorexit兩個(gè)代碼塊進(jìn)行獲取鎖已釋放鎖的菠赚，發(fā)生異常之后，也同樣會(huì)釋放鎖氢卡。JVM 必須保證monitorenter有monitorexit相對應(yīng)锈至。當(dāng)監(jiān)視器一個(gè)線程被持有時(shí)晨缴，那么這個(gè)線程就持有了鎖译秦，其他線程就不能獲取這個(gè)監(jiān)視器，直至monitorexit釋放鎖击碗。同步方法同樣也可以用著兩個(gè)指令獲取和釋放鎖筑悴。
當(dāng)一個(gè)線程試圖訪問同步方法或者同步代碼塊時(shí)，首先需要獲取鎖稍途，退出同步方法或者同步代碼塊時(shí)需要釋放鎖阁吝。可以看出鎖在Synchronized中起到至關(guān)重要的作用械拍。鎖是什么呢突勇？他是怎么存儲(chǔ)的呢？
通過以前的文章坷虑，我們了解到實(shí)例對象存儲(chǔ)在堆中甲馋，類對象存儲(chǔ)在方法中，一個(gè)對象區(qū)域包括：對象頭迄损，對象數(shù)據(jù)定躏，對其數(shù)據(jù)。此處對象頭中存儲(chǔ)著Synchronized的鎖。對象頭中有一個(gè)稱為Mark Word的區(qū)域痊远，存儲(chǔ)著對象的 hashCode垮抗，分代年齡和鎖標(biāo)記位。如圖：
運(yùn)行期間碧聪，mark word 中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)鎖的標(biāo)記位的變化而變化冒版，其可能變化情況如下：
可以看到，分為很多鎖：偏向鎖逞姿，輕量級(jí)鎖壤玫，重量級(jí)鎖。
鎖的分類
內(nèi)置鎖按照狀態(tài)分為：無鎖狀態(tài)哼凯，偏向鎖欲间，輕量級(jí)鎖，重量級(jí)鎖断部。四中狀態(tài)隨著鎖的競爭加劇而升級(jí)猎贴，但是不是回退降級(jí)。（本文僅討論 HotSpot）
鎖的升級(jí)
虛擬機(jī)開發(fā)人員研究發(fā)現(xiàn)蝴光，大多數(shù)情況下她渴，多線程存在競爭的情況很少，為了避免同一線程多次進(jìn)行鎖的獲取蔑祟，故引入了偏向鎖的概念趁耗。
當(dāng)一個(gè)線程A訪問同步代碼塊的時(shí)候，
首先檢查鎖標(biāo)志位：如果為01（無鎖或偏向鎖）疆虚，再檢查是否為偏向鎖苛败，
- 如果為
0（不是偏向鎖），會(huì)通過 CAS 操作（下面將解釋）在對象頭中存儲(chǔ)當(dāng)前訪問的線程 A 的ID 径簿； - 如果為
1（是偏向鎖）罢屈，檢查一下對象頭中是否是當(dāng)前線程A 的 ID，如果是篇亭，則表示獲取到鎖缠捌，執(zhí)行代碼塊。接下文译蒂，
接上文曼月，如果不是當(dāng)前線程A 的 ID，則嘗試使用 CAS替換線程 ID柔昼，如果成功哑芹，則表示獲取鎖；如果失敗岳锁，則表示其他線程正在持有鎖绩衷，這時(shí)出現(xiàn)了競爭蹦魔。我們假設(shè)當(dāng)前線程 B 持有該鎖。出現(xiàn)了競爭咳燕，我們這時(shí)需要撤銷線程 B 的偏向鎖（解鎖）勿决。
當(dāng)線程 B 運(yùn)行到安全點(diǎn)或者安全區(qū)域的時(shí)候，線程 B 暫停招盲，這是檢查線程 B是否已經(jīng)退出了同步代碼塊低缩， - 如果線程 B已經(jīng)退出了同步代碼塊，則解鎖曹货，將對象頭 的線程 ID 清空咆繁，是否偏向鎖標(biāo)記位0（設(shè)為無鎖狀態(tài)），線程 A 繼續(xù)通過 CAS 獲取鎖顶籽。
- 如果線程 B 沒有退出同步代碼塊玩般，則表示線程 A 不能獲取鎖，這時(shí)鎖升級(jí)礼饱，升級(jí)為
輕量級(jí)鎖坏为。
鎖升級(jí)輕量級(jí)鎖之后，對象頭中不在存儲(chǔ)線程 ID 等信息镊绪，而是將這些信息拷貝至持有鎖的線程棧中鎖記錄中匀伏，再將對象頭指向該地址。上面的例子??中蝴韭，
- 線程 B 持有鎖够颠，在線程 B 的棧中分配鎖記錄，并將對象頭數(shù)據(jù)拷貝進(jìn)去榄鉴，這時(shí)鎖的標(biāo)志位為
00（輕量級(jí)鎖）履磨，并將對象頭指針指向該線程 B 的棧，線程 B 喚醒牢硅，并繼續(xù)執(zhí)行代碼蹬耘； - 此時(shí)線程 A 也是分配鎖記錄，并拷貝對象頭中 Mark Word减余，但是線程 A 還是不能獲取到鎖。
這時(shí)線程 A還是進(jìn)行 CAS 操作惩系，企圖將對象頭指向自己的鎖記錄位岔， - 如果替換成功，則表示線程 A 獲取到了鎖堡牡，執(zhí)行同步代碼塊抒抬；
- 如果還是不成功，這時(shí)線程 A 將執(zhí)行
自旋CAS（自旋：顧名思義晤柄，自己轉(zhuǎn)著玩兒擦剑，也就是線程 A 不暫停等待，也不阻塞，而是執(zhí)行一些無用的代碼惠勒，此時(shí)空轉(zhuǎn)赚抡，也占用 CPU 時(shí)間，可以想象一個(gè)while 循環(huán)纠屋，目的就是稍等一下涂臣，看看持有鎖的線程是是否很快就釋放鎖），自旋的過程中嘗試 CAS 替換對象頭指針售担，當(dāng)自旋一定數(shù)目之后赁遗，線程 A 還是沒有獲取到鎖（夠悲催的），這時(shí)鎖升級(jí)族铆，升級(jí)為重量級(jí)鎖岩四，此時(shí)標(biāo)志位10。升級(jí)為重量級(jí)鎖之后哥攘，線程 A 這是不在爭搶資源炫乓，而是掛起當(dāng)前線程，等待其他線程釋放鎖之后將它喚醒献丑。
擁有輕量級(jí)鎖的線程執(zhí)行完同步代碼塊后末捣，需要解鎖輕量級(jí)鎖，這是還是需要使用 CAS 操作创橄，將棧中鎖記錄替換會(huì)對象頭箩做，如果成功，表示沒有競爭妥畏；如果失敗邦邦，表示存在競爭，其他線程嘗試獲取過鎖醉蚁，那就需要在釋放鎖的過程中燃辖，喚醒被掛起的線程。
貼一張收藏的流程圖（出處不明网棍，如侵權(quán)黔龟，請告知）：
一個(gè)??
以上就是鎖升級(jí)的過程滥玷，比較亂氏身，舉個(gè)現(xiàn)實(shí)生活的栗子，上廁所惑畴。廁所幾位鎖（對象）蛋欣。
為了方便對比，我們定一個(gè)規(guī)則如贷，當(dāng)一個(gè)人上廁所時(shí)陷虎，需要將自己的牌子掛在廁所的門上到踏，上完廁所，從廁所出來就不必摘下牌子尚猿，下次再上的時(shí)候就不需要掛了窝稿，只是看一下這個(gè)牌子是不是自己的就可以了。此為偏向鎖谊路。
當(dāng)你再上廁所的過程中讹躯，小明過來了也想上廁所，就看到了牌子缠劝，不是自己的潮梯，想要把牌子換成自己的，但是這是你還在上廁所惨恭，沒辦法秉馏，小明只能在廁所門前晃來晃去，等著你上完廁所出來脱羡。如果你能在短時(shí)間里出來萝究，那小明就進(jìn)去上廁所了。此時(shí)為輕量級(jí)鎖锉罐。
但是萬一你鬧肚子帆竹，小明也不可能一直在外面等著，這是他就選擇回座位等著脓规，并告訴你一聲：“哥們栽连，上完告訴我一聲！”侨舆，這時(shí)的小明不在主動(dòng)去想要獲取鎖秒紧，而是等著你上完廁所出來喊他，他才上廁所挨下。這是即為重量級(jí)鎖熔恢。
CAS
CAS，Compare and Swap即比較并替換臭笆，設(shè)計(jì)并發(fā)算法時(shí)常用到的一種技術(shù)叙淌。java 中的原子類以及concurrent包大量使用了該技術(shù)進(jìn)行原子操作。
CAS有三個(gè)操作數(shù)：內(nèi)存值V耗啦、舊的預(yù)期值A(chǔ)凿菩、要修改的值B，當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值A(chǔ)和內(nèi)存值V相同時(shí)帜讲，將內(nèi)存值修改為B并返回true，否則什么都不做并返回false
JDK中有一個(gè)類Unsafe（sun.misc.Unsafe）椒拗，它提供了硬件級(jí)別的原子操作似将。Unsafe類中的一個(gè)方法如下:
public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset,
int expected,
int x);
此為 native 方法获黔，JVM 會(huì)將此方法映射為cmpxchgCPU 指令，該指令為原子操作在验，故多用于多線程環(huán)境中而不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)錯(cuò)誤玷氏。
