Synchronized,ReentrantLock的实现原理及异同比较 、Java中其他锁的理解

1)Synchronized 同步锁

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作用域：不同加锁方式对应不同作用域

1） 对象锁

当一个对象访问Synchronized方法时，锁类型为对象锁。
此时该对象不能同时访问类中其他Synchronized方法。若一个对象中有多个synchronized方法，只要一个线程访问了其中的一个synchronized方法，则其它线程不能同时访问这个对象中任何一个synchronized方法。
此外，不同对象实例的synchronized方法是不相干预的。也就是说，其它线程可以同时访问此类下的另一个对象实例中的synchronized方法；

2） 类锁 ：对该类的所有对象实例起作用。

当对静态方法加锁时，锁类型为类锁。相当于给类加锁（synchronized.Class），静态方法被调用时（类名.方法名），会先检测调用类有没有持有锁，持有锁时，等待。

锁的底层实现：

使用一个monitor对象，由ObjectMonitor实现（C++代码）

Class字节码中
1）对象加锁时,使用monitorenter指令得到monitor对象。检查owner是否为空

monitorenter操作的目标一定是对象，类型是reference。Reference实际就是堆里的一个存放对象的地址。每个对象（reference）都有一个monitor对应。
2）方法加锁时
常量池中多了ACC_SYNCHRONIZED标示符。JVM就是根据该标示符来实现方法的同步的：当方法调用时，调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。在方法执行期间，其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。 其实本质上没有区别，只是方法的同步是一种隐式的方式来实现，无需通过字节码来完成。

注：

1）类锁与对象锁互不干扰。
	 个人推测原因:
	 静态方法:与静态成员变量一样，属于类的本身，在类装载的时候被装载到内存，
	 非静态方法:又叫实例化方法，属于实例对象，实例化后才会分配内存,必须通过类的实例来引用。
	 不同地址，所以访问互不干扰

2）wait/notify等方法也依赖于monitor对象，这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，
  否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。

3）Synchronized缺点：当一个线程持有锁时，不能立即返回，也不能被打断。其他线程只能阻塞。

2)ReentrantLock

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ReentrantLock ：核心为AQS（AbstractQueueSynchronzer）。AQS基于FIFO双向队列实现。
队列的基本元素是Node，AQS为每个线程创建一个Node进行调度

ReentrantLock根据构造方法中传入的boolean值来创建一个静态抽象内部类Sync的子类，即公平锁或非公平锁
公平锁与非公平锁的比较
不公平锁：可能会产生饥饿现象。效率较高
公平锁：不会产生饥饿现象，效率较低

ReentrantLock内部类结构

线程调用lock()方法获取锁的过程

1）	使用CAS操作尝试修改当前同步状态。
	a)	状态为0时，可直接修改AQS状态为1，成功得到锁
		i.	将AQS的父类中exclusiveOwnerThread 设为当前线程（表示当前线程为独占拥有线程）
	b)	状态不为0时，判断当前线程是否和执行线程Owner一致。
		i.	一致时，state+1（锁的重入）
		ii.	不一致时，调用addWaiter(Node.EXCLUSIVE)方法。为线程创建node节点
		iii.当队列为空时，调用enq方法。方法内部自旋，首先判断尾是否为空
			1.为空时，创建一个空节点。赋head = tail
			2.方法内自旋，此时尾不为空，将节点插入尾部
		iv.	调用方法，设置Node中waitState值为-1，标志该Node中线程被取消。
		v.	调用parkAndCheckInterrupt()方法，方法内部park(this)，将线程状态由Runnable,修改为waiting

线程调用unlock()方法释放锁的过程

先调用release()方法。
	1)	方法内部调用tryrelease()方法
		a.	tryrelease():对state-1操作。此时若state为0，返回true。否则返回false.
	2)	当返回true时，进入if方法体，首先判断队列的head != null 且head.waitStatus != 0（当前实际值为-1），则调用unparkSuccessor(Node)方法 
		a.	unparkSuccessor(Node)方法内部。
			i.	修改waitState状态为0，
			ii.	调用unpark(thread)方法，使线程由Waiting变为Runnable

3）Synchronized与ReentrantLock的异同

同：
	1）都为可重入锁：同一个线程每进入一次，锁的计数器都自增1，要等到锁的计数器下降为0时才能释放锁
	2）优化思想：都试图在用户态就把加锁问题解决，避免进入内核态的线程阻塞。
	
异：
	1）Synchronized是依赖于JVM实现的（部分为C++代码），而ReenTrantLock是JDK实现的（Java代码实现）
	2）ReenTrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁。而synchronized只能是非公平锁。
 	3）ReenTrantLock提供了一个Condition（条件）类，可实现分组唤醒线程，而不是像synchronized要么随机唤醒一个线程要么唤醒全部线程。
	4）ReenTrantLock提供了一种能够中断等待锁的线程的机制，通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。synchronized不可中断

4)对象实例结构 Java中各种锁的理解

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对象实例结构

分为三部分：对象头、实例数据、对齐填充
Header（对象头）:
	1）存放自身运行时数据： 哈希值、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳
	2）类型指针：虚拟机通过该指针确定对象是哪个类的实例
InstanceData（实例数据）:对象存储的有效信息，即字段内容
Padding（对齐填充）：占位符。Java要求对象大小为8字节的整数倍，当数据没有对齐时，使用对齐填充

公平锁与非公平锁

公平锁：多个线程等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序来依次获得锁
非公平锁：在锁释放时，随机指定一个线程得到锁。
Synchronized为非公平锁，
ReentrantLock默认为非公平锁，但可通过带Boolean值的构造函数来指定使用公平锁

自旋锁与自适应自旋

背景：
1.许多应用中，共享数据的锁定常常为短暂持有。
2.挂起线程和恢复线程的操作都需要转入内核态中完成。系统高并发时，大量挂起和恢复十分影响性能。
3.当一个机器中有多个处理器，可以使多个线程并发执行时，我们可以让后一个请求锁的线程。执行一个短暂自循环（继续占用处理器），看看持有锁的线程是否会很快释放锁。

自旋锁：短暂占用处理器，节省挂起和恢复线程的资源。
自适应自旋锁：自旋的时间不再固定，而是根据持有相同锁的前一个线程的自旋时间和锁的状态来决定。

轻量级锁：

目的：在没有的多线程的竞争下，减少 重量级锁使用操作系统中互斥量的开销
实现：使用CAS操作修改对象头中标志位。

00表示持有锁
01表示未锁定。
10表示膨胀为重量级锁
当两个以上线程竞争时，轻量级锁不再有效，会膨胀为重量级锁

优点：轻量级锁使用CAS操作标志位，避免了重量级锁使用互斥量的开销
缺点：当存在锁竞争时，除了互斥量开销外，还有CAS操作，因此在存在竞争的情况下，轻量级锁比重量级锁更慢

偏向锁：

目的：消除数据在无竞争情况下的同步原语，进一步提升程序运行性能。
实现：对于持有偏向锁的线程，在接下来程序的执行过程中，如果该锁没有被其他线程获取，则永远不进行同步操作。

轻量级锁在无竞争情况下，使用CAS操作。
偏向锁在无竞争情况下，直接消除同步，不做任何操作。

当程序总是存在多线程竞争的情况下，可通过禁止偏向锁优化以提升性能
使用参数-XX:-UseBiaseLocking

reentrantlock :已经实现偏向锁。
1.在加锁时，会判断是否为当前持锁线程（使用TreadID 或 Thread本身来进行判断）
2.是当前持锁线程时，不进行CAS操作，直接对count+1。减少了一次CAS操作锁带来的性能开销。