Java关于synchronized的一些问题

0. 介绍

——本文内容为自己在学习JVM以及多线程过程中，遇到的一些问题的总结，可能存在一些问题，欢迎指正；

参考文章：

深入理解Java并发之synchronized实现原理——zejian

Java对象的对象头、偏向锁、轻量级锁、重量级锁——Code@Z

1. 关于synchronized：MarkWord在32位JVM中的结构如下

2. 什么是monitor？每个对象都绑定唯一的monitor嘛？

——Java虚拟机中的同步是基于进入和瑞出管程(monitor)对象来实现的，因为每个对象都持有唯一的一把锁，所以每个对象也都绑定唯一的monitor对象，在Java虚拟机中，monitor是由ObjectMonitor来实现的。

3. 多线程之间互相抢占锁的原理是什么？

——前面提到，ObjectMonitor实现了Java多线程之间的同步。事实上在ObjectMonitor中有两个队列，_WaitSet和_EntryList，用来保存ObjectMonitor对象列表(封装过的线程对象)。

——当多线程访问时，会优先进入_EntryList，然后有一个线程获取到目标对象的锁，即_Owner指向该线程同时计数器count(应该是ObjectMonitor中的一个字段，用于协助实现重入)置为1，每次重入计数器都会加1；如果调用wait()方法，当前线程会释放锁，_Owner指向空，计数器归0，同时进入_WaitSet等待唤醒。

4. 从字节码的角度来理解synchronized

——在同步代码块中，编译器识别到synchronized会在相应的位置上将其编译成字节码指令：monitorenter，同时在同步代码块结束处添加字节码指令：monitorexit；

——同步方法并不是通过monitorenter和monitorexit来实现同步的；

5. 同步方法的实现原理和同步代码块有什么不同？

——同步方法中，会在flags字段中设置 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志，执行方法时，如果发现有该标识，会先去获得目标对象的锁，再去执行方法中的代码体；

6. synchronized锁的弊端？

——synchronized是重量级锁，效率低下，因为监视器锁是依赖于操作系统底层的Mutex Lock(互斥锁)来实现的，而操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到核心态，这个状态之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较高。

7. synchronized的优化？——引入了轻量级锁和偏向锁

• 锁的状态有4种：无锁，偏向锁，轻量级锁，重量级锁

• 偏向锁：在大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，因此为了减少同一线程获取锁(会涉及到一些CAS操作,耗时)的代价而引入偏向锁。偏向锁的核心思想是，如果一个线程获得了锁，那么锁就进入偏向模式，此时Mark Word 的结构也变为偏向锁结构，当这个线程再次请求锁时，无需再做任何同步操作，即获取锁的过程，这样就省去了大量有关锁申请的操作，从而也就提供程序的性能。

• 轻量级锁：倘若偏向锁失败，虚拟机并不会立即升级为重量级锁，它还会尝试使用一种称为轻量级锁的优化手段(1.6之后加入的)，此时Mark Word 的结构也变为轻量级锁的结构。轻量级锁能够提升程序性能的依据是“对绝大部分的锁，在整个同步周期内都不存在竞争”，注意这是经验数据。需要了解的是，轻量级锁所适应的场景是线程交替执行同步块的场合，如果存在同一时间访问同一锁的场合，就会导致轻量级锁膨胀为重量级锁。

• 偏向锁获取：

  • 访问Mark Word中偏向锁的标识位（1bit）是否设置成1，锁标志位（2bit）是否为01——确认为可偏向状态；
  • 如果为可偏向状态，则偏向锁线程ID是否指向当前线程，如果是，执行相关同步代码；
  • 如果偏向锁线程ID并未指向当前线程，因为偏向锁不会主动释放(一直会偏向)，所以当前线程可以看到对象是偏向状态以及拥有该对象锁的线程，这时表明在这个对象上已经存在竞争了，检查原来持有该对象锁的线程是否依然存活，如果挂了，则可以将对象变为无锁状态，然后重新CAS操作偏向新的线程，然后执行同步代码块；如果原来的线程依然存活，由偏向锁升级为轻量级锁。

• 偏向锁升级：

  • 偏向锁只有遇到其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁，线程不会主动去释放偏向锁(一直绑定唯一线程，即一直存在偏向)；
  • 如果出现竞争时持有偏向锁的对象存活，则升级为轻量级锁，拷贝对象头中的Mark Word到该线程的栈帧中的锁记录(lock record)里，让lock record的指针指向锁对象头中的Mark Word，再让Mark Word指向指向lock record，唤醒线程继续执行原来线程的同步代码，此后线程间通过CAS操作竞争锁，竞争失败执行自旋操作继续竞争锁；

• 轻量级锁升级：

  ——a线程获得锁，会在a线程的栈帧里创建lock record(锁记录)，让lock record的指针指向锁对象的对象头中的mark word.再让mark word 指向lock record.这就是获取了锁。如果b线程在锁竞争时，发现锁已经被a线程占用，此时说明轻量级锁不再有效，需要进行膨胀为重量级锁。

• 锁自旋——为了减少线程用户态到核心态之间的切换，引入了重量级锁竞争自旋的机制；