synchronized詳解
解釋
synchronized是jvm級別的一種重量級鎖们何，但是隨著jdk對synchronized的不斷優(yōu)化，現(xiàn)在它已經(jīng)變得沒有我們想象的那么重了。由于synchronized使用簡單根资，也不用手動釋放鎖，因此我們平時開發(fā)中用到最多的鎖就是它了。
synchronized鎖的三種形式
- 普通方法：鎖是當前對象實例
- 靜態(tài)方法：鎖是當前類的Class對象
- 同步方法塊：鎖是synchronized括號里的對象
實現(xiàn)原理
同步代碼塊在編譯后會在前后分別插入monitorenter和monitorexit指令热幔，每個對象在同一時刻只會與一個monitor相關(guān)聯(lián)，當線程執(zhí)行到monitorenter指令時就會嘗試獲取對象所對應(yīng)的monitor的所有權(quán)讼庇，如果這個monitor已經(jīng)被其他線程獲取绎巨，則需要等待鎖釋放。
對象頭
synchronized鎖是存在對象頭中的蠕啄。如果對象是數(shù)組類型场勤，則虛擬機用3個字寬存儲對象頭，如果對象是非數(shù)組類型歼跟，則用2個字寬存儲對象頭和媳。在32位虛擬機中，1字寬等于4字節(jié)哈街，即32bit留瞳。
補充一點：Java對象保存在內(nèi)存中，由三部分組成：對象頭骚秦、實例數(shù)據(jù)她倘、對齊填充字節(jié)。Java頭由三部分組成：Mark Word作箍、指向類的指針帝牡、數(shù)組長度（只有數(shù)組對象才有）。
32位jvm的Mark Word的存儲結(jié)構(gòu)如下
| 鎖狀態(tài) | 25bit | 4bit | 1bit是否偏向鎖 | 2bit鎖標志位 |
|---|---|---|---|---|
| 無鎖狀態(tài) | 對象的hashCode | 對象分代年齡 | 0 | 01 |
Mark Word中的數(shù)據(jù)隨著鎖標志位的變化而變化蒙揣，如下
鎖的升級
java1.6以后靶溜，為了減少獲取鎖和釋放鎖的性能消耗，引入了“偏向鎖”和”輕量級鎖“懒震。鎖的狀態(tài)可以從無鎖狀態(tài)->偏向鎖->輕量級鎖->重量級鎖罩息，隨著競爭情況逐漸升級，但是不能降級个扰。
偏向鎖
大多數(shù)情況下瓷炮，鎖不僅不存在多線程競爭，而且總是由同一個線程多次獲得递宅，為了讓線程獲得鎖的代價更低引入了偏向鎖娘香。當一個線程訪問同步塊并獲取鎖時苍狰，會在對象頭和棧幀中的鎖記錄里存儲鎖偏向的線程ID，以后該線程在進入和退出同步塊時不需要進行CAS操作來加鎖和解釋烘绽，只需要簡單地測試一下對象頭的Mark Word里是否存儲著指向當前線程的偏向鎖淋昭。如果是，則直接獲得鎖安接，執(zhí)行同步塊翔忽；如果不是，則使用CAS操作更改線程ID盏檐，更改成功獲得鎖歇式，更改失敗開始撤銷偏向鎖。
撤銷偏向鎖
偏向鎖只有存在鎖競爭的情況下才會釋放胡野。撤銷偏向鎖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）材失，首先暫停偏向鎖持有的線程，然后檢查此線程是否活著硫豆，如果線程不處于活動狀態(tài)豺憔，則轉(zhuǎn)成無鎖狀態(tài)；如果還活著够庙，升級為輕量級鎖恭应。下圖展示了偏向鎖的獲得與撤銷過程
輕量級鎖
- 加鎖：線程在執(zhí)行同步塊之前，jvm會先在線程的棧幀中創(chuàng)建用于存儲鎖記錄的空間耘眨，然后將對象的Mark Word復(fù)制到鎖記錄中昼榛，官方稱Displaced Mark Word，再重試使用CAS將對象頭中的Mark Word替換為指向鎖記錄的指針剔难。如果成功胆屿，則獲取鎖；如果失敗偶宫，表示其他線程競爭鎖非迹，當前線程使用自旋來獲取鎖。
- 解鎖：輕量級鎖解鎖時纯趋，會使用CAS操作將Displaced Mark Word替換回對象頭中憎兽，如果成功，表示沒有競爭發(fā)生吵冒；如果失敗纯命，表示當前鎖存在競爭，鎖就會膨脹成重量級鎖痹栖。下圖展示鎖膨脹流程圖亿汞。
重量級鎖
因為自旋會消耗CPU，為了避免無用的自旋揪阿，一旦鎖升級成重量級鎖疗我，就不會再恢復(fù)到輕量級鎖狀態(tài)咆畏。當鎖處于這個狀態(tài)下，其他線程試圖獲取鎖時吴裤，都會被阻塞住旧找，當持有鎖的線程釋放鎖之后會喚醒這些線程，被喚醒的線程就會進行新一輪的奪鎖之爭嚼摩。
