前言：

synchronized的簡介

Synchronized的用法就是為了避免因資源搶占導(dǎo)致的數(shù)據(jù)錯亂夜矗，從而讓線程進(jìn)行同步筝蚕，保證同步內(nèi)的對象只有一個線程來執(zhí)行值更改使用操作，是并發(fā)控制中必不可少的部分迎膜，懂的都懂书斜，今天來深扒一下它

synchronized的特性

原子性伦连、指一個操作或多個操作，要么全部執(zhí)行并且執(zhí)行的過程并不會被任何因素打斷袭异，要么就都不執(zhí)行钠龙，比如

int i=1；這個操作就是原子性要么執(zhí)行要么不執(zhí)行御铃，而i++就不是原子性的碴里，因為包含了讀取、計算上真、賦值幾步咬腋，原值可能還沒完成時就已經(jīng)被賦值了，而原子性保證了執(zhí)行過程不會被中斷

synchronized與volatile的最大區(qū)別就是原子性谷羞，volatile不具備原子性

可見性帝火、指多個線程訪問一個資源時，該資源的狀態(tài)湃缎、值信息等對于其他線程都是可見的犀填，比如

int i =1；這個值如果是全局變量嗓违，在synchronized內(nèi)執(zhí)行變化它時九巡，其他線程也可以讀取到當(dāng)前i的值

有序性、程序執(zhí)行的順序都是按照代碼先后順序執(zhí)行蹂季，由于Java允許編譯器和處理器對指令進(jìn)行重排冕广，但他并不影響單線程的順序，而是影響了多線程的并發(fā)執(zhí)行順序性偿洁，synchronized則保證了同步代碼塊內(nèi)是有順序的

可重入性撒汉、就是擁有了這個鎖還能重復(fù)申請

一、synchronized的使用

1.修飾實例方法

鎖的是當(dāng)前實例對象涕滋，進(jìn)入同步代碼獲得當(dāng)前實例

public synchronized void add(){...};

反編譯時睬辐，add方法的flags多了一個ACC_SYNCHRONIZED標(biāo)志，這標(biāo)志用來告訴JVM這是一個同步方法，在進(jìn)入該方法之前先獲取相應(yīng)的鎖溯饵，鎖的計數(shù)器加1侵俗，方法結(jié)束后計數(shù)器-1，如果獲取失敗就阻塞住丰刊，直到該鎖被釋放隘谣。

2.修飾靜態(tài)方法

鎖的是當(dāng)前類，進(jìn)入同步代碼前獲取當(dāng)前類對象

public static synchronized void add(){...};

3.同步代碼塊

鎖括號內(nèi)的對象或當(dāng)前類

public class Test{

? private Test instance = new Test();

? synchronized(instance);? //鎖對象

? synchronized（Test.class）{...} //鎖類

}

反編譯時啄巧，同步代碼塊是由monitorenter指令進(jìn)入寻歧，然后monitorexit釋放鎖

二、為什么任何對象都可以作為鎖

詳見：JVM內(nèi)存模型中對象的組成結(jié)構(gòu)

在JVM 中每個對象分為三部分存在：對象頭棵帽、示例數(shù)據(jù)熄求、對齊填充

對象頭中又有MarkWorld（運(yùn)行時元數(shù)據(jù)）

鎖狀態(tài)標(biāo)志中便記錄了加鎖的信息

Mark Word在不同的鎖狀態(tài)下存儲的內(nèi)容不同，在32位JVM中是這么存的：

偏向鎖逗概、輕量級鎖弟晚、重量級鎖的具體使用會在下面具體介紹區(qū)別和聯(lián)系

而查看對象頭信息

總結(jié)

由于每個對象的Mark Word中都有儲存鎖的信息，可以說 鎖是對象逾苫，任何對象都可以作為鎖

偏向鎖卿城、輕量級鎖、重量級鎖

偏向鎖

只有第一個申請鎖的線程會使用鎖铅搓，有其他線程競爭就膨脹為輕量級鎖

當(dāng)一個線程訪問同步塊并獲取鎖時瑟押，會在對象頭和棧幀中的所記錄里存儲鎖偏向的線程ID，以后該線程進(jìn)入和退出同步塊不需要CAS（Compare and Swap星掰，比較并替換）操作來爭奪鎖資源多望。對一個線程的偏向，如果有其他線程競爭才去釋放（再替換線程ID即可）氢烘，當(dāng)新線程發(fā)起替換對象頭中的線程ID為自身的CAS請求時怀偷，回去判斷擁有此偏向鎖的線程是否還活著，如果不活著播玖，則置位無鎖狀態(tài)椎工，如果或者則掛起線程，并將只想當(dāng)前線程的鎖記錄地址放入頭對象蜀踏，膨脹成輕量級鎖维蒙，然后恢復(fù)持有鎖的線程

ps：當(dāng)前線程掛起再恢復(fù)的過程中并沒有發(fā)聲鎖的轉(zhuǎn)移，只是“將頭對象中的線程ID變更為只想鎖記錄地址的指針”果覆，偏向鎖是在單線程執(zhí)行代碼塊時使用的機(jī)制颅痊，如果多線程并發(fā)時（線程A并未執(zhí)行完同步代碼塊，B線程發(fā)起了鎖的申請）局待，則一定會轉(zhuǎn)化為輕量級鎖或重量級鎖斑响。

輕量級鎖

一個線程自旋等待持有鎖線程釋放鎖吗讶，若自旋后還沒獲得膨脹為重量級鎖

每次線程想進(jìn)入同步代碼塊的時候，都得通過CAS嘗試將對象頭中的所指針替換為自身棧中的記錄恋捆，如果沒有成功，則進(jìn)入而自適應(yīng)的自旋（動態(tài)改變自旋等待次數(shù)重绷，有另外一個線程來競爭鎖時沸停，線程在原地循環(huán)等待而不是阻塞，獲得鎖的線程釋放后就立馬獲得鎖）昭卓，如果自適應(yīng)自旋轉(zhuǎn)時還沒有獲得鎖愤钾，則膨脹為重量鎖

重量級鎖

實際的多線程阻塞等待，切換鎖的過程

通過對象內(nèi)部的監(jiān)視器（monitor）實現(xiàn)候醒，其中monitor的本質(zhì)是依賴于底層操作系統(tǒng)的Mutex Lock實現(xiàn)能颁，操作系統(tǒng)實現(xiàn)線程之間的切換需要從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換，切換成本非常高倒淫。

應(yīng)用場景

偏向鎖：無實際競爭伙菊，且將來只有第一個申請鎖的線程會使用鎖

輕量級鎖：無實際競爭，多個線程交替使用鎖敌土；允許短時間的所競爭

重量級鎖：有實際競爭镜硕，且所競爭時間長

三、synchronized的底層實現(xiàn)

每個對象都有一個監(jiān)視器鎖monitor 當(dāng)monitor被占用時就會處于鎖定狀態(tài)返干，執(zhí)行monitorenter指令時兴枯，嘗試獲取monitor的所有權(quán)，過程如下：

前提：

ObjectMonitor中有兩個隊列矩欠，_WaitSet 和 _EntryList财剖，用來保存ObjectWaiter對象列表( 每個等待鎖的線程都會被封裝成ObjectWaiter對象)，_owner指向持有ObjectMonitor對象的線程

ObjectMonitor成員變量

? // initialize the monitor, exception the semaphore, all other fields

? // are simple integers or pointers

? ObjectMonitor() {

? ? _header? ? ? = NULL;

? ? _count? ? ? ? = 0;=============》計數(shù)器

? ? _waiters? ? ? = 0,

? ? _recursions? = 0;

? ? _object? ? ? = NULL;

? ? _owner? ? ? ? = NULL;===========》所持有該對象的線程

? ? _WaitSet? ? ? = NULL;==============》等待線程集合

? ? _WaitSetLock? = 0 ;========》保護(hù)等待隊列簡單的自旋鎖

? ? _Responsible? = NULL ;

? ? _succ? ? ? ? = NULL ;

? ? _cxq? ? ? ? ? = NULL ;====》阻塞上entry上最近科大的縣城列表癌淮，該列表是由waitNode構(gòu)成躺坟，扮演者線程代理

? ? FreeNext? ? ? = NULL ;

? ? _EntryList? ? = NULL ;============》入口線程集合

? ? _SpinFreq? ? = 0 ;

? ? _SpinClock? ? = 0 ;

? ? OwnerIsThread = 0 ;

? ? _previous_owner_tid = 0;

? }

ObjectMonitor工作過程

1. 當(dāng)多一個線程訪問同一段同步代碼塊時，進(jìn)入_EntryList集合

2.當(dāng)線程獲取到對象的monitor后進(jìn)入_Owner區(qū)域该默，并把monitor中的owner變量設(shè)為當(dāng)前線程瞳氓，monitor是依賴于底層操作系統(tǒng)的mutex lock來實現(xiàn)互斥的，線程獲取mutex成功栓袖，則會持有該mutex這時候其他線程無法獲取該metux匣摘、并將monitor的count+1（此時表示當(dāng)前線程持有當(dāng)前對象并加鎖）

3.當(dāng)線程調(diào)用wait()方法后，釋放當(dāng)前持有的monitor既釋放所持有的mutex裹刮，owner變量恢復(fù)為null音榜，count-1，同時進(jìn)入_WaitSet集合等待調(diào)用notify/notifyAll被喚醒

4.若當(dāng)前線程執(zhí)行完畢捧弃，釋放當(dāng)前持有的monitor赠叼，owner變量恢復(fù)為null

總結(jié)：同步鎖在這種實現(xiàn)方式中擦囊，因為Monitor是依賴于底層的操作系統(tǒng)實現(xiàn)，這樣就存在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間的切換嘴办，所以會增加性能的開銷

詳細(xì)流程圖

詳細(xì)代碼

頭文件：

http://hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u/hotspot/file/69087d08d473/src/share/vm/runtime/objectMonitor.hpp

實現(xiàn)：

http://hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u/hotspot/file/69087d08d473/src/share/vm/runtime/objectMonitor.cpp

代碼太長 詳細(xì)解析可看具體代碼解析

四瞬场、其他相關(guān)線程同步相關(guān)

Volatile實現(xiàn)原理

Volatile只能修飾變量，不能修飾方法或代碼塊

Volatile變量的可見性

Java虛擬機(jī)中定義了一種Java內(nèi)存模型（Java Memory Model涧郊，即JMM）來屏蔽掉各種硬件和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問差異贯被，以實現(xiàn)讓Java程序在各種平臺下都能達(dá)到一致的并發(fā)效果，Java的內(nèi)存模型目標(biāo)：定義程序中各個變量的訪問規(guī)則妆艘，既在虛擬機(jī)中將變量村存儲到內(nèi)存和從內(nèi)從中去出變量這樣的細(xì)節(jié)

而對于普通變量彤灶，線程A修改值后此時該值在此線程的工作內(nèi)存，尚未同步到主內(nèi)存時批旺，若常出現(xiàn)B線程使用此變量幌陕，此時拿到的是主內(nèi)存修改前的值，便發(fā)生了可見性不一致的問題

volatile可見性的實現(xiàn)就是借助了CPU的lock指令汽煮，通過在寫volatile的機(jī)器指令前加上lock前綴搏熄，使寫volatile具有以下兩個原則：

當(dāng)Volatile變量執(zhí)行寫操作后，JMM會把工作內(nèi)存中的最新變量值強(qiáng)制刷新到主內(nèi)存中

寫操作會導(dǎo)致其他線程中的緩存無效

這樣逗物，其他線程使用緩存時搬卒，發(fā)現(xiàn)本地工作內(nèi)存此變量無效，就會從主內(nèi)存獲取翎卓，這樣獲取到的就是最新的值契邀，實現(xiàn)了線程的可見性

Volatile變量的有序性

volatile是通過編譯器在生成字節(jié)碼時，在指令序列中添加“內(nèi)存屏障”來禁止指令重排序等

JVM的實現(xiàn)會在volatile讀寫前后均加上內(nèi)存屏障失暴，在一定程度上保證有序性坯门。如下所示：

LoadLoadBarrier

volatile 讀操作

LoadStoreBarrier

StoreStoreBarrier

volatile 寫操作

StoreLoadBarrier

Volatile的使用

public class TestVolatile {

? ? public static volatile int counter = 1;

? ? public static void main(String[] args){

? ? ? ? counter = 2;

? ? ? ? System.out.println(counter);

? ? }

}

字節(jié)碼層面

volatile在字節(jié)碼層面，就是使用訪問標(biāo)志：ACC_VOLATILE來表示

Volatile與synchronized區(qū)別

1.volatile本質(zhì)是在告訴jvm當(dāng)前變量在寄存器（工作內(nèi)存）中的值是不確定的逗扒，需要從主存中讀裙糯鳌；synchronized則是鎖定當(dāng)前變量矩肩，只有當(dāng)前線程可以訪問該變量现恼，其他線程被阻塞住黍檩；

2.volatile僅能使用在變量級別叉袍；synchronized則可以使用在變量、方法刽酱、和類級別的喳逛；

3.volatile僅能實現(xiàn)變量的修改可見性，不能保證原子性棵里；而synchronized則可以保證變量的修改可見性和原子性润文；

4.volatile不會造成線程的阻塞姐呐；synchronized可能會造成線程的阻塞；

Lock原理

Lock的使用

由于Lock是一個Java接口典蝌，所以需要new它的實現(xiàn)類常用的ReentrantLock

import java.util.concurrent.locks.Lock;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

private Lock lock = new ReentrantLock();

lock.lock();//獲取鎖

//do something

lock.unlock()//釋放鎖

lock.trylock()//獲取鎖 如果鎖被占有就放開

而lock的核心類是（AQS）AbstractQueuedSynchronizer 自旋鎖

synchronized與Lock的區(qū)別

五曙砂、各種名稱鎖總結(jié)

詳細(xì)介紹：https://tech.meituan.com/2018/11/15/java-lock.html

互斥鎖/讀寫鎖

互斥鎖在Java中的具體實現(xiàn)就是ReentrantLock。

讀寫鎖在Java中的具體實現(xiàn)就是ReadWriteLock骏掀。