Java多线程（4）：synchronized关键字

synchronized使用

1）同步方法 返回值前加上该关键字
2）同步代码块 synchronized（monitor lock）

synchronized理解

同步代码块：
monitorenter 和 monitorexit两条字节码指令
1）每一个对象都与一个monitor相关联，monitor lock某一时刻只能被一个线程同一时间获得如果别的线程获得monitor所有权时会发生如下情况：

• a. monitor的计数器=0，说明monitor lock并没有被获得，如果某一线程获得，monitor的计数器+1

• b.如果线程已经拥有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的计数器+1

• c.如果monitor已经被占有，其他线程尝试获取时会进入Blocked状态，直到monitor计数器变为0，则再次获取

2）monitorexit字节码指令表示当前线程释放对monitor的所有，monitor的计数器-1
同步方法
常量池中的ACC_SYNCHRONIZED标识符来实现方法同步
过程如下：
方法调用，调用指令会检查该方法的ACC_SYNCHRONIZED是否被设置，如果设置，获取monitor方可执行，执行完后释放。在执行期间，其他线程都无法获取该monitor

synchronized的演变（锁升级）

1. 偏向锁：核心思想就是如果一个线程获得了锁，那么锁就会进入偏向模式，当这个线程再次请求该锁时，无需任何的同步操作操作，因此提高程序的性能。对于没有锁竞争的场合，偏向锁有很好的优化效果，毕竟极有可能连续多次同一个线程申请相同的锁，但是对于锁竞争比较激烈的场合，偏向锁就会失效。
2. 轻量级锁：对于绝大部分的锁，在整个同步周期内不存在竞争的，这只是经验数据
3. 自旋锁：介于轻量级锁和重量级锁之间的虚拟机的优化手段，给定一个循环次数，在经历若干次循环，如果得到锁，就顺序执行同步代码，反之就会将线程在操作系统层面挂起，这也是为了提升效率。
4. 重量级锁：未获取锁的线程会阻塞

synchronized锁的使用过程

JDK1.6以后版本在处理同步锁才存在锁升级的概念，JVM对于同步锁的处理是从偏向锁开始的，随着竞争越来越激烈，处理方式从偏向锁升级到轻量级锁，最终升级到重量级锁。
JVM在使用锁的过程会用到Java对象头中的Mark Word，Mark Word记录了对象和锁有关的信息，当这个对象被synchronized关键字当成同步锁时，围绕这个锁的一系列操作都和Mark Word有关。

synchronized锁的使用过程如下：

1. 当没有被当成锁时，这就是一个普通的对象，Mark Word记录对象的HashCode，锁标志位是01，是否偏向锁那一位是0。
2. 当对象被当做同步锁并有一个线程A抢到了锁时，锁标志位还是01，但是否偏向锁那一位改成1，前23bit记录抢到锁的线程id，表示进入偏向锁状态。
3. 当线程A再次试图来获得锁时，JVM发现同步锁对象的标志位是01，是否偏向锁是1，也就是偏向状态，Mark Word中记录的线程id就是线程A自己的id，表示线程A已经获得了这个偏向锁，可以执行同步锁的代码。
4. 当线程B试图获得这个锁时，JVM发现同步锁处于偏向状态，但是Mark Word中的线程id记录的不是B，那么线程B会先用CAS操作试图获得锁，这里的获得锁操作是有可能成功的，因为线程A一般不会自动释放偏向锁。如果抢锁成功，就把Mark Word里的线程id改为线程B的id，代表线程B获得了这个偏向锁，可以执行同步锁代码。如果抢锁失败，则继续执行步骤5。
5. 偏向锁状态抢锁失败，代表当前锁有一定的竞争，偏向锁将升级为轻量级锁。JVM会在当前线程的线程栈中开辟一块单独的空间，里面保存指向对象锁Mark Word的引用，同时在对象锁Mark Word中保存指向这片空间的引用。上述两个保存操作都是CAS操作，如果保存成功，代表线程抢到了同步锁，就把Mark Word中的锁标志位改成00，可以执行同步锁代码。如果保存失败，表示抢锁失败，竞争太激烈，继续执行步骤6。
6. 轻量级锁抢锁失败，JVM会使用自旋锁，自旋锁不是一个锁状态，只是代表不断的重试，尝试抢锁。从JDK1.7开始，自旋锁默认启用，自旋次数由JVM决定。如果抢锁成功则执行同步锁代码，如果失败则继续执行步骤7。
7. 自旋锁重试之后如果抢锁依然失败，同步锁会升级至重量级锁，锁标志位改为10。在这个状态下，未抢到锁的线程都会被阻塞。那在这里还需要考虑一个问题：为什么说重量级锁开销大呢？主要是，当系统检查到锁是重量级锁之后，会把等待想要获得锁的线程进行阻塞，被阻塞的线程不会消耗cup。*但是阻塞或者唤醒一个线程时，都需要操作系统来帮忙，这就需要从用户态转换到内核态，而转换状态是需要消耗很多时间的，有可能比用户执行代码的时间还要长。*这就是说为什么重量级线程开销很大的。

CAS:Compare And Swap,是一个cpu层面的原子性操作指令。该指令存在三个参数，第一参数目标地址，第二参数值1，第三参数值2，指令会比较目标地址的内容和值1是否一致，如果一致，则将值2填写到目标地址。

synchronized保证并发编程三大特性的哪些特性

原子性，可见性，有序性都可以得到保证。