用户态和内核态

2.1用户态和内核态

上面提到了，重量级锁获取锁和释放锁需要经过操作系统，这是一个重量级操作，这句话是什么意思呢？

内核态：其实从本质上说就是我们所说的内核，它是一种特殊的软件程序，特殊在哪儿呢？控制计算机的硬件资源，例如协调CPU资源，分配内存资源，并且提供稳定的环境供应用程序运行。
用户态：用户态就是提供应用程序运行的空间，为了使应用程序访问到内核管理的资源例如CPU，内存，I/O。内核必须提供一组通用的访问接口，这些接口就叫系统调用。
2.2用户态到内核态的切换

用户程序都是运行在用户态的，但是有时候程序确实需要做一些内核的事情，例如从硬盘读取数据，或者从硬盘获取输入，而唯一可以做这些事情的就是操作系统即内核态（synchronized中依赖的monitor也需要依赖操作系统完成，因此需要用户态到内核态的切换）所以程序就需要先向操作系统请求以程序的名义来执行这些操作。

这时候就需要：将用户态程序切换到内核态，但是不能控制在内核态中执行的命令 这部分先不做太多解释，需要知道的是synchronized是依赖操作系统实现的，因此在使用synchronized同步锁的时候需要进行用户态到内核态的切换。

2.3synchronized 内核态切换

简单来说在JVM中synchronized重量级锁的底层原理monitorenter和monitorexit字节码依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的，但是由于使用Mutex Lock需要将当前线程挂起并从用户态切换到内核态来执行，这种切换的代价是非常昂贵的。

2.3为什么优化synchronized 

在JDK1.5之前，synchronized是重量级锁，1.6以后对其进行了优化，有了一个 无锁-->偏向锁-->自旋锁-->重量级锁 的锁升级的过程，而不是一上来就是重量级锁了，为什么呢？因为重量级锁获取锁和释放锁需要经过操作系统，是一个重量级的操作。对于重量锁来说，一旦线程获取失败，就要陷入阻塞状态，并且是操作系统层面的阻塞，这个过程涉及用户态到核心态的切换，是一个开销非常大的操作。而研究表明，线程持有锁的时间是比较短暂的，也就是说，当前线程即使现在获取锁失败，但可能很快地将来就能够获取到锁，这种情况下将线程挂起是很不划算的行为。所以要对"synchronized总是启用重量级锁"这个机制进行优化。