synchronized和lock的原理区别

一、synchronized原理

synchronized用的锁是存在java对象头里的

JVM基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步。

1.代码块同步

使用monitorenter和monitorexit指令实现的，monitorenter指令是在编译后插入到同步代码块开始位置，而monitorexit是插入到方法结束后和异常处。任何对象都有一个monitor与之关联，当它的monitor被某个线程持有后，表示该线程处于锁定状态(在java层面表现为markwork记录当前线程的id)。

根据虚拟机规范和要求：在执行monitorenter指令时，首先要去尝试获取锁，如果这个锁对象没有被占用 ，或者当前线程已经用了那个锁对象，那就把锁的计数器加1；相应的，在执行monitorexit指令时会将锁计数器减1，当计数器被减到0时，锁就释放了。如果获取锁失败了，那当前线程就要阻塞等待，直到锁对象被另一个线程释放。

 

2.同步方法

从反编译的结果来看，方法的同步并没有通过指令monitorenter和monitorexit来完成（理论上其实也可以通过这两条指令来实现），而是被翻译成普通的方法调用和返回指令如:invokevirtual、areturn指令，在JVM字节码层面并没有任何特别的指令来实现被synchronized修饰的方法。不过相对于普通方法，其常量池中多了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。

3.监视器锁monitor

监视器锁本质是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock(互斥锁)来实现的。每个对象都有一个可称为"互斥锁"的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。

互斥锁：用于保护临界区，确保同一时刻只有一个线程访问数据。对共享资源的访问，先对互斥量进行加锁，如果互斥量已经上锁，调用线程会阻塞直到互斥量被解锁。在完成了对共享资源访问后，要对互斥量进行解锁。

注意点：

synchronized同步块对同一条线程来说是可以重入的，不会出现自己把自己锁死的问题。

同步块在已进入的线程执行完之前，会阻塞后面其他线程的进入

4.Mutex工作方式

(1)申请mutex

(2)如果成功，则持有该mutex

(3)如果失败，则进行自旋，自旋过程就是在线等待mutex，不断发起mutex gets，直到获得mutex或者达到自旋次数限制为止

(4)根据工作模式的不同选择yiled还是sleep

(5)若达到sleep限制或者被主动唤醒或者完成yield，则重复1-4步，直到获得为止

由于java的线程是映射到操作系统的原生线程之上的，如果要阻塞或唤醒一条线程，都需要操作系统来帮忙完成，这就需要从用户态转换到核心态中，因此状态转换需要耗费很多的处理器时间，所以synchronized是java语言中一个重量级操作。不过在jdk1.6之后引入了大量的优化，如锁粗化、锁消除、轻量级锁、偏向锁、适应性自旋等技术来减少锁操作的开销。

 

5.共享变量如何做到安全同步

内存可见性：同步快的可见性是由“如果对一个变量执行lock操作，将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前需要重新执行load或assign操作初始化变量的值”、“对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存中（执行store和write操作）”这两条规则获得的。

 

操作原子性：持有同一个锁的两个同步块只能串行地进入

 

锁的内存语义：

当线程释放锁时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存中

当线程获取锁时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。从而使得被监视器保护的临界区代码必须从主内存中读取共享变量

 

二、Lock锁原理

lock锁使用的是CAS和volatile来实现同步的，CAS使用硬件命令实现缓存一致性保证了原子性，volatile保证了可见性，所线程环境下所有的线程通过CAS进行竞争资源，只能有一个成功，其它的都会自旋