StringBuffer、StringBuilder区别以及Synchronized原理

1.为什么StringBuffer是线程安全的StringBuilder是线程不安全的

这里我只是列举了几个方法来对比，其他方法对比可以查看两个类的源码，从上面的截图可以看到StringBuffer实现线程安全是通过Synchronized字段来实现的，那么Synchronized的原理又是怎样实现的呢？下文将对此讨论。

2.Synchronized原理

2.1synchronized的三种应用方式

• 修饰实例方法 对当前实例加锁
• 修饰静态方法 对当前类对象加锁
• 修饰代码块 对指定对象加锁

修饰实例方法

  public synchronized StringBuffer append(int i) {
        toStringCache = null;
        super.append(i);
        return this;
    }

修饰静态方法

 public static synchronized void test(){
        i++;
    }

修饰代码块

    public boolean contentEquals(CharSequence cs) {
        // Argument is a StringBuffer, StringBuilder

      synchronized(cs) {
                   return nonSyncContentEquals((AbstractStringBuilder)cs);
         } 
    }

2.2motitorenter、monitorexit指令

示例代码

public class Test
{
   public void test(String str) {
    synchronized (str) {
    System.out.println(str);
    }
  }
}

执行javac Test.java 生成Test.class文件
执行 javap -verbose -p Test.class，生成如下信息（只选取关键部分）：

上面的字节码中包含一个 monitorenter 指令以及多个monitorexit指令，分别表示了JVM获取锁以及JVM解除锁。

  public synchronized void test2(String str) {
    System.out.println(str);
  }

执行 javap -verbose -p Test.class，生成如下信息（只选取关键部分）：

当用 synchronized 标记方法时,这里会生成ACC_SYNCHRONIZED标记，这个标记表示在进入这个方法的时候JVM要进行motitorenter操作，当方法退出的时候，JVM 进行monitorexit操作。所以这里可以将ACC_SYNCHRONIZED标记理解为隐式的motitorenter、monitorexit操作。

2.3锁算法实现原理

在 Java 虚拟机中，每个 Java 对象都有一个对象头（object header），这个由标记字段和类型
指针所构成。其中，标记字段用以存储 Java 虚拟机有关该对象的运行数据，如哈希码、GC 信息
以及锁信息，而类型指针则指向该对象的类。

当JVM对对象加锁的时候，如果锁计数器为0，表示没有被任何线程持有，这时当前线程会持有该锁对象，会将锁计数器器加1，锁对象的持有该锁的线程指针会指向当前线程。如果锁对象的计数器不为0，如果持有该所对象的线程是当前线程，计数器加1，否则需要等待直到持有锁对象的线程释放该锁。
当JVM释放锁的时候会将计数减1，当计数器等于0，表示该锁被释放。

采取这种锁计数器方式，是考虑到同一线程重复获取锁的场景，举个例子一个类可能有多个方法被
synchronized 修饰，这些synchronized方法之间互相调用就是重复获取锁。

上面是对锁算法原理的描述，在HotSpot虚拟器中锁的具体实现主要涉及到以下几个概念：
重量级锁、轻量级锁、偏向锁，下面会逐一介绍这几个概念，在介绍前先看下下面这个表格（就是对象头里面的锁信息描述），结合这个表格理解会更加容易一些：

重量级锁
JVM会阻塞加锁失败的线程，当目标锁被释放的时候，再唤醒这些被阻塞的线程。阻塞线程、唤醒线程是一个比较重的操作，所以这正为什么被叫做“重量级锁”的原因。当然JVM也不是加锁失败就一味地阻塞唤醒，对此是有做优化的，JVM在线程进入阻塞之前和唤醒后任然竞争不到锁的时候，进入自旋状态——执行无用指令并且轮询锁是否放开，如果此时所释放线程能竞争到锁就无需进入阻塞状态了。当然自选会有一个副作用，那就是导致不公平，处于阻塞的线程没有办法立刻竞争释放的锁，自旋下的线程可能优先获得锁。

轻量级锁
多个线程在不同的时间段请求同一把锁，也就是说没有锁竞争。针对这种情形，Java 虚拟机采用了轻量级锁，来避免重量级锁的阻塞以及唤醒。

偏向锁
从始至终只有一个线程请求某一把锁

上面对几个概念做了介绍，那么线程在进行加锁，对象头信息又是如何变化的呢？
线程加锁的时，JVM会比较标记位最后两位是不是01（表示无锁或者偏向锁），如果时的话，则修改锁记录地址，最后两位被修改成00（表示轻量级锁），这时候线程已经持有该锁了。如果不是01结尾，则说明该锁已经被持有，可能时别的线程也可能时当前线程自己持有，如果是该线程重复获取同一把锁，则清空所记录，如果是其他线程持有锁，该锁会被膨胀成重量级锁，当前线程被阻塞。