synchronized底层实现及其优化

synchronized使用场景

synchronized关键字主要解决线程之同步互斥的问题，在JavaSE中HashTable，StringBuffer，Vector等，它们的底层实现的方法中都是用synchronized关键字进行了修饰。

synchronized的实现原理

synchronized关键字经过编译之后，会在同步快的前后生成monitorentr和monitorexit两个字节码指令，这两个字节码都需要实现一个reference类型的参数来指定锁定和解锁的对象。在执行monitorentr指令时首先常识获取对象的锁，如果这个对象没有锁定，那么这个线程就获取了这个锁对象，把锁的计数器进行加1。在执行monitorexit时，计数器的值就要进行减1。当计数器的值为0时，这是释放锁对象。如果获取锁对象失败，那么就要等待，直到对象锁被另一个线程所释放。

为什么synchronized是重量级的锁

当一个同步快被其他线程锁所占有，其他的线程只能处于阻塞的状态。但是JAVA中的线程是映射到操作系统的原生线程上，如果阻塞或者唤醒一个线程，则需要操作系统来进行帮助完成，还需要从用户态转到和核心态，并且转换也消耗和浪费时间。

锁优化

1.自旋锁：

自旋锁在jdk1.4的时候默认是关闭的在JDK1.6的时候默认是打开的。自旋锁避免了线程切换的开销，但是占用了处理器的时间，如果自旋锁超过默认的次数（10次）没有获取到锁，那么就处于挂起状态。
如果一个线程刚进入阻塞状态，它所需要的资源也刚好被释放，这个线程又要从阻塞状态进入运行转台这样的话，太费时了。这个时候采用自旋锁是最优的。

2.自适应自旋锁：

在JDK1.6的时候引入，自适应就是意味着自选的时间是不确定的，而是由前一次在同一个对象上的自选时间和拥有者的状态决定的。如果上一个对象成功获得了锁，并且持有锁的线程正在运行中，那么虚拟机就认为自选很可能再次成功，例如允许循环200次。如果某个锁自选很少获得成功，那么在以后获取这个琐时，直接省略自旋的过程，防止浪费处理机的时间。

3.锁粗化

我们在编写代码时，会将量的缩小同步代码块的范围，这样做的好处是，如果存在竞争，那么等待锁的线程会尽快的拿到锁对象。但是一系列连续的对象反复的对同一个对象频发的进行加锁和解锁，即使没有线程竞争，会导致不必要的性能损耗。

public String fun(String str1,String str2,String str3){
      StringBuffer buffer = new StringBuffer();
      buffer.append(str1);
      buffer.append(str2);
      buffer.append(str3);
      return buffer;
}

操作因为StringBuffer是加锁的所以，第一个append方法到最后一个append方法只需要加锁一次就行了。

4.轻量级锁

轻量级锁是在JDK1.6是引入，本意是在没有多线程竞争的前提下，减少传统重量级锁的使用使操作系统互斥量产生的性能浪费。根据HostSpot虚拟机的头部中的轻量级锁的标志位其中标志位，
01代表未锁定，00代表轻量级锁定，00重量级锁
首先如果此同步对象中没有锁对象，状态为01状态，虚拟机将为当前线程的栈帧中创建锁记录空间，用于存储对象MarkWord的拷贝，虚拟机使用CAS操作尝试将对象Mark Word的空间内容更新到栈帧所记录空间中，并将状态码改为00。如果更新失败，，则说明已有线程已经拥有了这个锁。如果有两条或者两条以上的线程争取同一个锁，那么轻量级锁就失效转换为重量级锁。

5.偏向锁

偏向锁JDk1.6引入，偏向锁就是在无竞争的情况下整个同步都清除。它偏向于第一个所得它的线程，如果在接下来的执行过程中，该锁没有被其他线程所获取，则持有偏向锁的线程永远搜不需要同步。