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故事從這里展開

蜀國(guó)有一個(gè)皇帝叫蜀道難串前，他比較難伺候，別的皇帝早朝都是在大殿上同時(shí)接見所有大臣轩猩，共商國(guó)是卷扮。他不一樣，他說早朝你們不要有事沒事都跑過來嘰嘰喳喳均践，有事則來晤锹，無事則該干啥干啥去，然后安排太監(jiān)每天早上在大門口守著彤委，每次只允許一個(gè)大臣進(jìn)來匯報(bào)情況鞭铆。
“你敢多放進(jìn)來一個(gè)就砍腦袋的干活〗褂埃“
太監(jiān)趕緊下跪车遂，說“謫！“斯辰。
第一天舶担，太監(jiān)傳話欽天監(jiān)求見，皇帝允了彬呻，欽天監(jiān)上殿報(bào)曰：”臣稟報(bào)衣陶，昨日我司夜觀星象，西方忽現(xiàn)王星忽明忽暗闸氮，恐戎狄那邊有亂剪况。“
“朕知道了蒲跨，退下吧”译断。一日無事。
第二天或悲，太監(jiān)傳話欽天監(jiān)求見孙咪，皇帝允了藏姐。一日無事。
第三天该贾，太監(jiān)傳話欽天監(jiān)求見......一日無事羔杨。
第四天，欽天監(jiān)......一日無事杨蛋。
第五天兜材，皇帝不耐煩了，和賈太監(jiān)說逞力，欽天監(jiān)這老家伙整天是不是閑著沒事曙寡，以后他來了不用給我稟報(bào)，直接放他上殿講寇荧，講完讓他走吧举庶。
國(guó)泰民安的日子依舊過著，每天只有欽天監(jiān)一個(gè)人來報(bào)告揩抡，賈太監(jiān)每次看到是欽天監(jiān)來了户侥，也懶得搭理了，直接放他進(jìn)去了峦嗤。（這就是偏向鎖蕊唐，稍后我細(xì)細(xì)道來）
又一日，欽天監(jiān)如往常進(jìn)殿報(bào)道烁设，賈太監(jiān)站在門口打著盹替梨，忽然耳邊傳來一個(gè)聲音：
“賈太監(jiān)，幫我稟告圣上装黑，工部李尚書求見副瀑。”
“emmm...進(jìn)去吧...嗯恋谭？等等糠睡，尚書大人你先等等，欽天監(jiān)在里面箕别，你等會(huì)再來求見吧铜幽≈托唬”太監(jiān)一陣后怕串稀，尋思著欽天監(jiān)還在里面呢，這要是放進(jìn)去了狮杨，我這腦袋可就沒了母截，果然嗜睡誤事。
過了一會(huì)兒橄教，李尚書回來詢問求見清寇，被告知?dú)J天監(jiān)還沒走喘漏，只好又離去。
又過了一會(huì)兒华烟，李尚書又回來詢問求見翩迈，正巧欽天監(jiān)走了，太監(jiān)進(jìn)殿傳話說工部李尚書求見盔夜，皇帝宣覲見负饲，李尚書進(jìn)殿上報(bào)了一番東南連連大雨，已派人去監(jiān)察水利喂链，修繕河堤返十。（這就是輕量級(jí)鎖）
忽一日，西戎狄和北匈奴同時(shí)對(duì)帝國(guó)西方和北方發(fā)難椭微，前線戰(zhàn)事消息如片片雪花紛紛涌入京城洞坑，瞬間殿外來了一群大臣有要事稟告。
一會(huì)兒這個(gè)來問賈公公我可以進(jìn)去了嗎蝇率？一會(huì)兒那個(gè)來問賈公公我可以進(jìn)去了嗎迟杂？
把賈太監(jiān)累的喲，一天下來光說“稍后再來”都把嘴皮子磨破了本慕，沒幾日逢慌，賈太監(jiān)就跪在皇帝面前哭泣道：“圣上啊溃卡，快想想辦法呀旺垒，奴才這身子骨就要交代在門口了寿桨〔冀危”
皇帝一聽棱烂，說你傻啊慕的，叫他們一個(gè)個(gè)在門外排隊(duì)啊燥滑，誰叫你要他們稍后來求見的肆良。
賈太監(jiān)細(xì)思大喜纺弊，覺得有理牛欢，次日在門口豎起一個(gè)牌子“稟報(bào)要事者，這邊排隊(duì)”淆游，賈太監(jiān)再也不用一個(gè)人對(duì)著一群人反復(fù)回話傍睹，只需要每次出來一個(gè)，然后傳話放進(jìn)去一個(gè)犹菱，就可以了拾稳。（這就是重量級(jí)鎖）
上面這個(gè)故事，分別講述了synchronized內(nèi)部四種級(jí)別的狀態(tài)腊脱，分別是：無鎖狀態(tài)访得，偏向鎖狀態(tài)，輕量級(jí)鎖狀態(tài)陕凹，重量級(jí)鎖狀態(tài)悍抑。

重量級(jí)鎖狀態(tài)

我們首先從重量級(jí)鎖開始講鳄炉，重量級(jí)鎖是通過互斥量（Mutex）來實(shí)現(xiàn)的，即一個(gè)線程進(jìn)入了synchronized同步塊搜骡，在未完成任務(wù)時(shí)拂盯，會(huì)阻塞后面的所有線程。
就像上面的故事所講的记靡，要稟告要事的大臣只能在大殿門口外一個(gè)接一個(gè)的阻塞排隊(duì)磕仅。
之所以稱它為重量級(jí)鎖，是因?yàn)镴ava線程是映射到操作系統(tǒng)的原生線程上的簸呈，如果要阻塞或喚醒一個(gè)線程榕订，都需要依靠操作系統(tǒng)從當(dāng)前用戶態(tài)轉(zhuǎn)換到核心態(tài)中，這種狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要耗費(fèi)處理器很多時(shí)間蜕便，對(duì)于簡(jiǎn)單同步塊劫恒，可能狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間比用戶代碼執(zhí)行時(shí)間還要長(zhǎng)，導(dǎo)致實(shí)際業(yè)務(wù)處理所占比偏小轿腺，性能損失較大两嘴。
當(dāng)然這個(gè)在虛擬機(jī)層面進(jìn)行了一些比如自旋等待，鎖粗化等等的優(yōu)化族壳，避免陷入頻繁的切換狀態(tài)憔辫。在這里我就不細(xì)講了，有興趣的可以關(guān)注我仿荆，我后續(xù)再和各位看官講上一講贰您。

輕量級(jí)鎖狀態(tài)

輕量級(jí)鎖是JDK6引入的，它的輕量是相較于通過系統(tǒng)互斥量實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)鎖拢操，輕量鎖并不是用來取代重量級(jí)鎖的锦亦，而是在沒有大量線程競(jìng)爭(zhēng)的情況下，減少系統(tǒng)互斥量的使用令境，降低性能的損耗杠园。
輕量級(jí)鎖是通過CAS（Compare And Swap）機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，即如果鎖被其他線程所占用舔庶，當(dāng)前線程會(huì)通過自旋來獲取鎖抛蚁，從而避免用戶態(tài)與核心態(tài)的轉(zhuǎn)換。
就像上面故事所說的惕橙，大殿中欽天監(jiān)在匯報(bào)工作瞧甩，工部尚書要求見，并不需要賈太監(jiān)每次都進(jìn)去問一下皇帝吕漂，惹得皇帝龍顏大怒亲配，而是大臣自己隔一段時(shí)間便來詢問賈太監(jiān)能不能進(jìn)去尘应，不能就稍后再來問惶凝，直到可以進(jìn)去為止吼虎。

偏向鎖狀態(tài)

偏向鎖也是JDK6引入的，它存在的依據(jù)是“大多數(shù)情況下苍鲜，鎖不僅不存在多線程競(jìng)爭(zhēng)思灰，而且總是由同一線程多次獲得”。它是通過記錄第一次進(jìn)入同步塊的線程id來實(shí)現(xiàn)的混滔，如果下一個(gè)要進(jìn)入同步塊的線程與記錄的線程id相同洒疚，則說明這個(gè)鎖由此線程占有，可以直接進(jìn)入到同步塊坯屿，不用執(zhí)行CAS油湖。
就像故事中的，如果每天只有欽天監(jiān)一個(gè)人來的話领跛，就不用賈太監(jiān)稟告了乏德，賈太監(jiān)每次一看到欽天監(jiān)，尋思著吠昭，喲喊括，欽天監(jiān)呢，您自個(gè)兒直接進(jìn)去吧矢棚，說完自個(gè)兒出來吧郑什。
如果說輕量鎖是為了消除系統(tǒng)互斥量帶來的性能損耗，那么偏向鎖就是為了消除CAS帶來的性能損耗蒲肋，使之在無競(jìng)爭(zhēng)的情況下消除整個(gè)同步蘑拯，性能無限接近非同步。

如何通過這四種狀態(tài)實(shí)現(xiàn)性能大幅度提升的

Java對(duì)象頭

要說這個(gè)問題兜粘，我們需要先講一下Java對(duì)象頭强胰，每個(gè)對(duì)象都會(huì)有一個(gè)對(duì)象頭，它分為三個(gè)部分：

從表格可見妹沙，synchronized鎖的信息是存在對(duì)象頭里一個(gè)叫Mark Word的區(qū)域里的偶洋，考慮到虛擬機(jī)的空間效率，Mark Word被設(shè)計(jì)成非固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)距糖，會(huì)根據(jù)對(duì)象的狀態(tài)復(fù)用存儲(chǔ)空間來存儲(chǔ)不同的內(nèi)容：

鎖的升級(jí)

當(dāng)JVM啟用了偏向鎖模式（JDK6以上默認(rèn)開啟）玄窝，新創(chuàng)建對(duì)象的Mark Word是未鎖定，未偏向但可偏向狀態(tài)悍引，此時(shí)Mark Word中的Thread id為0恩脂，表示未偏向任何線程，也叫做匿名偏向(anonymously biased)趣斤。

偏向鎖狀態(tài)--->無鎖不可偏向狀態(tài)/輕量級(jí)鎖狀態(tài)

當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程嘗試進(jìn)入同步塊時(shí)俩块，發(fā)現(xiàn)Mark Word中線程ID為0，則會(huì)使用CAS將自己的線程ID設(shè)置到Mark Word中，并且玉凯，在當(dāng)前線程棧中由高到低順序找到可用的Lock Record势腮，將線程ID記錄下。完成這些漫仆，此線程就獲取了鎖對(duì)象的偏向鎖捎拯。
當(dāng)該偏向線程再次進(jìn)入同步塊時(shí)，發(fā)現(xiàn)鎖對(duì)象偏向的就是當(dāng)前線程盲厌，會(huì)往當(dāng)前線程的棧中添加一條Displaced Mark Word為空的Lock Record中署照，用來統(tǒng)計(jì)重入的次數(shù)，然后繼續(xù)執(zhí)行同步塊代碼吗浩，因?yàn)榫€程棧是私有的建芙，不需要CAS指令進(jìn)行操作，所以在偏向鎖模式下懂扼，同一個(gè)線程岁钓，只會(huì)執(zhí)行一個(gè)CAS，之后獲取釋放鎖只需要對(duì)Lock Record做操作微王，性能損耗基本可以忽略屡限。
當(dāng)另外一個(gè)線程試圖進(jìn)入同步塊時(shí)，發(fā)現(xiàn)Mark Word中線程ID與自己不相符炕倘，這個(gè)時(shí)候就會(huì)引發(fā)偏向鎖的撤銷钧大，變成無鎖不可偏向狀態(tài)或輕量級(jí)鎖狀態(tài)，當(dāng)然罩旋，這只是宏觀上的描述啊央，嚴(yán)格意義上講是不準(zhǔn)確的，因?yàn)槔锩孢€存在重偏向機(jī)制涨醋，這里就不過于深入瓜饥，在后續(xù)的文章中，我會(huì)專門出一篇文章浴骂，給各位看官詳細(xì)介紹偏向鎖到底是怎么回事乓土。

無鎖不可偏向狀態(tài)--->輕量級(jí)鎖狀態(tài)

當(dāng)鎖對(duì)象變成無鎖不可偏向狀態(tài)時(shí)，多個(gè)線程運(yùn)行到同步塊以后溯警，會(huì)檢查鎖對(duì)象狀態(tài)值標(biāo)志是否加鎖趣苏，如果沒有鎖，就把鎖對(duì)象的Mark Word信息拷貝存儲(chǔ)到當(dāng)前線程棧楨中Lock Record里梯轻，然后通過CAS嘗試把對(duì)象的Mark Word的值改變成一個(gè)指向自己線程的指針食磕。如果成功，則當(dāng)前線程獲得鎖對(duì)象的輕量級(jí)鎖喳挑，其他線程的CAS就會(huì)失敗彬伦，因?yàn)殒i對(duì)象的Mark Word已經(jīng)變成一個(gè)新的指針了滔悉，必須等待線程釋放鎖，此時(shí)其他線程則通過自旋來競(jìng)爭(zhēng)鎖单绑。當(dāng)獲取鎖的線程執(zhí)行完畢釋放鎖的時(shí)候回官，會(huì)將Lock Record里面之前拷貝的值還原到鎖對(duì)象的Mark Word中。

輕量級(jí)鎖狀態(tài)--->重量級(jí)鎖狀態(tài)

當(dāng)自旋次數(shù)超過JVM預(yù)期上限询张，會(huì)影響性能孙乖，所以競(jìng)爭(zhēng)的線程就會(huì)把鎖對(duì)象的Mark Word指向重鎖浙炼，所謂的重鎖份氧，實(shí)際上就是一個(gè)堆上的monitor對(duì)象，即弯屈，重量級(jí)鎖的狀態(tài)下蜗帜，對(duì)象的Mark Word為指向一個(gè)堆中monitor對(duì)象的指針。
然后所有的競(jìng)爭(zhēng)線程放棄自旋资厉，逐個(gè)插入到monitor對(duì)象里的一個(gè)隊(duì)列尾部厅缺，進(jìn)入阻塞狀態(tài)。
當(dāng)成功獲取輕量級(jí)鎖的線程執(zhí)行完畢宴偿，嘗試通過CAS釋放鎖時(shí)湘捎，因?yàn)镸ark Word已經(jīng)指向重鎖，導(dǎo)致輕量級(jí)鎖釋放失敗窄刘，這時(shí)線程就會(huì)知道鎖已經(jīng)升級(jí)為重量級(jí)鎖窥妇， 它不僅要釋放當(dāng)前鎖，還要喚醒其他阻塞的線程來重新競(jìng)爭(zhēng)鎖娩践。
大概流程如下圖所示：

這里有一點(diǎn)需注意的是：鎖只能升級(jí)活翩，不能降級(jí)。

鎖的對(duì)比

synchronized的底層實(shí)現(xiàn)

synchronized無非以下兩種：
1.對(duì)象鎖：修飾非靜態(tài)方法络它，修飾代碼塊
2.類鎖：修飾靜態(tài)方法族檬，修飾代碼塊
其中按照修飾類型來分，又可以分為代碼塊同步和方法同步

代碼塊同步

代碼塊同步鎖的是對(duì)象化戳，使用monitorenter和monitorexit指令實(shí)現(xiàn)的单料。雖然我知道多一行代碼少一位看官的定理埋凯，但是這里還是必須貼一張代碼圖，來證明我沒有瞎說扫尖，是有理有據(jù)的“理據(jù)服”白对。
想要降服妖怪，就得先將其打回原形换怖，所以我們先對(duì)一段簡(jiǎn)單的代碼進(jìn)行反編譯甩恼，得到它的字節(jié)碼。

    final Object lock = new Object();
    public int subtr(int i){
        synchronized (lock){
            return i-1;
        }
    }

字節(jié)碼：

對(duì)象鎖反編譯.png

可以看出沉颂，monitorenter指令是在編譯后插入到同步代碼塊的開始位置条摸，monitorexit插入到同步代碼塊結(jié)束的地方，正常情況下monitorenter和monitorexit是一對(duì)一的匹配铸屉，而后面又出現(xiàn)了一個(gè)monitorexit钉蒲，是因?yàn)槟抢锸钱惓Ｌ帲脕肀ＷC方法執(zhí)行異常的時(shí)候彻坛，可以自動(dòng)解鎖顷啼，而不會(huì)造成死鎖。

方法同步

方法同步的實(shí)現(xiàn)官方?jīng)]有透露昌屉，我們嘗試對(duì)一個(gè)方法同步的代碼進(jìn)行反編譯钙蒙。

    public synchronized int add(int i){
        return i+1;
    }

字節(jié)碼：

同步方法反編譯.png

從字節(jié)碼里也看不到monitorenter和monitorexit，智能發(fā)現(xiàn)flags那里间驮，多了一個(gè)ACC_SYNCHRONIZED的標(biāo)示躬厌，沒什么頭緒。不過我猜想蜻牢，底層應(yīng)該是鎖方法所屬的對(duì)象或類烤咧。

這就是synchronized的大致原理，打回原形之后來看抢呆，是不是就覺得也不過如此煮嫌？有什么疑問或更好的解讀，可以在下方留言抱虐，我們進(jìn)行愉快友好的磋商交流昌阿。
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