synchronized简单总结

1、概念

synchronized，同步。

由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突的问题。为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制，当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可。

2、synchronized锁什么？

锁的是对象。

作用于同步代码块

private Object o = new Object();
public void testSync1(){
    //锁对象o
	synchronized(o){
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
				+ " count = " + count++);
	}
}
//锁this
synchronized(this){
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
					+ " count = " + count++);
		}
//锁类的class对象
synchronized(Test.class){
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
					+ " count = " + count++);
		}

作用于成员方法，锁的是this

public synchronized void testSync3(){
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
				+ " count = " + count++);
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

作用于静态方法，锁的是类

public static synchronized void testSync4(){
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
				+ " staticCount = " + staticCount++);
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}

思考：为什么分布式环境下synchronized失效？如何解决这种情况？

3、synchronized底层原理

3.1 锁的底层实现

Java 虚拟机中的同步*(Synchronization)基于进入和退出管程(Monitor)*对象实现。同步方法并不是由 monitor enter 和 monitor exit 指令来实现同步的，而是由方法调用指令读取运行时常量池中方法的 ACC_SYNCHRONIZED 标志来隐式实现的。

3.2 对象内存

对象头：存储对象的 hashCode、锁信息或分代年龄或 GC 标志，类型指针指向对象的类元数据，JVM 通过这个指针确定该对象是哪个类的实例等信息。

实例变量：存放类的属性数据信息，包括父类的属性信息

填充数据：由于虚拟机要求对象起始地址必须是 8 字节的整数倍。填充数据不是必须存 在的，仅仅是为了字节对齐。

当在对象上加锁时，数据是记录在对象头中。当执行 synchronized 同步方法或同步代码块时，会在对象头中记录锁标记，锁标记指向的是 monitor 对象（也称为管程或监视器锁）的起始地址。每个对象都存在着一个 monitor 与之关联，对象与其 monitor 之间的关系有存在多种实现方式，如 monitor 可以与对象一起创建销毁或当线程试图获取对象锁时自动生成，但当一个 monitor 被某个线程持有后，它便处于锁定状态。

在 Java 虚拟机(HotSpot)中，monitor 是由 ObjectMonitor 实现的。

ObjectMonitor 中有两个队列，_WaitSet 和 _EntryList，以及_Owner 标记。其中_WaitSet是用于管理等待队列(wait)线程的，_EntryList 是用于管理锁池阻塞线程的，_Owner 标记用于记录当前执行线程。

线程状态图如下：

当多线程并发访问同一个同步代码时，首先会进入_EntryList，当线程获取锁标记后，monitor 中的_Owner 记录此线程，并在 monitor 中的计数器执行递增计算（+1），代表锁定，其他线程在_EntryList 中继续阻塞。若执行线程调用 wait 方法，则 monitor 中的计数器执行赋值为 0 计算，并将_Owner 标记赋值为 null，代表放弃锁，执行线程进入_WaitSet 中阻塞。 若执行线程调用 notify/notifyAll 方法，_WaitSet 中的线程被唤醒，进入_EntryList 中阻塞，等待获取锁标记。若执行线程的同步代码执行结束，同样会释放锁标记，monitor 中的_Owner 标记赋值为 null，且计数器赋值为 0 计算。

4、jvm对synchronized的优化

Java中锁的升级顺序为：偏向锁，自旋锁，轻量级锁，重量级锁。 先提供偏向锁，如果不满足的时候，升级为轻量级锁，再不满足，升级为重量级锁。

自旋锁是一个过渡的锁状态，不是一种实际的锁类型。锁只能升级，不能降级。

4.1 偏向锁

是一种编译解释锁。如果代码中不可能出现多线程并发争抢同一个锁的时候，JVM 编译代码，解释执行的时候，会自动的放弃同步信息。消除 synchronized 的同步代码结果。使用锁标记的形式记录锁状态。在 Monitor 中有变量 ACC_SYNCHRONIZED。当变量值使用的时候， 代表偏向锁锁定。可以避免锁的争抢和锁池状态的维护。提高效率。

4.2 自旋锁

是一个过渡锁，是偏向锁和轻量级锁的过渡。

当获取锁的过程中，未获取到。为了提高效率，JVM 自动执行若干次空循环，再次申请锁，而不是进入阻塞状态的情况。称为自旋锁。自旋锁提高效率就是避免线程状态的变更。

4.3 轻量级锁

当偏向锁不满足，也就是有多线程并发访问，锁定同一个对象的时候，提升为轻量级锁。也是使用标记 ACC_SYNCHRONIZED 标记记录的。ACC_UNSYNCHRONIZED 标记记录未获取到锁信息的线程。也就是说只有两个线程争抢锁标记的时候，优先使用轻量级锁。

两个线程也可能出现重量级锁。

5、特性

5.1 可重入性

synchronized和ReentrantLock都是可重入锁。当一个线程试图操作一个由其他线程持有的对象锁的临界资源时，将会处于阻塞状态，但当一个线程再次请求自己持有对象锁的临界资源时，这种情况属于重入锁。通俗一点讲就是说一个线程拥有了锁仍然还可以重复申请锁。

5.2 原子性

所谓原子性就是指一个操作或者多个操作，要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。

在Java中，对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作，即这些操作是不可被中断的，要么执行，要么不执行。但是像i++、i+=1等操作字符就不是原子性的，它们是分成读取、计算、赋值几步操作，原值在这些步骤还没完成时就可能已经被赋值了，那么最后赋值写入的数据就是脏数据，无法保证原子性。

被synchronized修饰的类或对象的所有操作都是原子的，因为在执行操作之前必须先获得类或对象的锁，直到执行完才能释放，这中间的过程无法被中断（除了已经废弃的stop()方法），即保证了原子性。

synchronized和volatile，特性上最大的区别就在于原子性，volatile不具备原子性。

5.3 可见性

可见性是指多个线程访问一个资源时，该资源的状态、值信息等对于其他线程都是可见的。

synchronized和volatile都具有可见性，其中synchronized对一个类或对象加锁时，一个线程如果要访问该类或对象必须先获得它的锁，而这个锁的状态对于其他任何线程都是可见的，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中，保证资源变量的可见性，如果某个线程占用了该锁，其他线程就必须在锁池中等待锁的释放。

而volatile的实现类似，被volatile修饰的变量，每当值需要修改时都会立即更新主存，主存是共享的，所有线程可见，所以确保了其他线程读取到的变量永远是最新值，保证可见性。

5.4 有序性

有序性值程序执行的顺序按照代码先后执行。

synchronized和volatile都具有有序性，Java允许编译器和处理器对指令进行重排，但是指令重排并不会影响单线程的顺序，它影响的是多线程并发执行的顺序性。synchronized保证了每个时刻都只有一个线程访问同步代码块，也就确定了线程执行同步代码块是分先后顺序的，保证了有序性。

le都具有有序性，Java允许编译器和处理器对指令进行重排，但是指令重排并不会影响单线程的顺序，它影响的是多线程并发执行的顺序性。synchronized保证了每个时刻都只有一个线程访问同步代码块，也就确定了线程执行同步代码块是分先后顺序的，保证了有序性。