synchronized原理

Synchronized能够实现原子性和可见性：在Java内存模型中，synchronized规定，线程在加锁时，先清空工作内存→在主内存中拷贝最新变量的副本到工作内存→执行完代码→将更改后的共享变量的值刷新到主内存中→释放互斥锁。

• synchronized是一种互斥锁，一次只能允许一个线程进入被锁住的代码块
• synchronized是Java的一个关键字，它能够将代码块/方法锁起来
• 如果synchronized修饰的是实例方法，对应的锁则是对象实例
• 如果synchronized修饰的是静态方法，对应的锁则是当前类的Class实例
• 如果synchronized修饰的是代码块，对应的锁则是传入synchronized的对象实例
  

synchronized的原理

• 通过反编译可以发现：当修饰方法时，编译器会生成 ACC_SYNCHRONIZED 关键字用来标识。
• 当修饰代码块时，会依赖monitorenter和monitorexit指令
• 但前面已经说了，无论synchronized修饰的是方法还是代码块，对应的锁都是一个实例（对象）
• 在内存中，对象一般由三部分组成，分别是对象头、对象实际数据和对齐填充。重点在于对象头，对象头又由几部分组成，但我们重点关注对象头Mark Word的信息。Mark Word会记录对象关于锁的信息候选者。monitor对象中存储着当前持有锁的线程以及等待锁的线程队列候选者。
  

锁升级

synchronized锁在 JDK 1.6 之后做了很多的优化
在JDK 1.6之前是重量级锁，线程进入同步代码块/方法时，monitor对象就会把当前进入线程的id进行存储，设置Mark Word的monitor对象地址，并把阻塞的线程存储到monitor的等待线程队列中，它加锁是依赖底层操作系统的 mutex 相关指令实现，所以会有用户态和内核态之间的切换，性能损耗十分明显。

而JDK1.6 以后引入偏向锁和轻量级锁在JVM层面实现加锁的逻辑，不依赖底层操作系统，就没有切换的消耗。所以，Mark Word对锁的状态记录一共有4种：无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁

• 偏向锁指的就是JVM会认为只有某个线程才会执行同步代码（没有竞争的环境）。所以在Mark Word会直接记录线程ID，只要线程来执行代码了，会比对线程ID是否相等

  • 相等则当前线程能直接获取得到锁，执行同步代码
  • 如果不相等，则用CAS来尝试修改当前的线程ID
    • 如果CAS修改成功，那还是能获取得到锁，执行同步代码
    • 如果CAS失败了，说明有竞争环境，此时会对偏向锁撤销，升级为轻量级锁。

• 轻量级锁状态下，当前线程会在栈帧下创建Lock Record，Lock Record 会把Mark Word的信息拷贝进去，且有个Owner指针指向加锁的对象。线程执行到同步代码时，则用CAS试图将Mark Word的指向到线程栈帧的Lock Record

  • CAS修改成功，则获取得到轻量级锁
  • CAS修改失败，则自旋（重试），自旋一定次数后，则升级为重量级锁

简单总结一下：synchronized锁原来只有重量级锁，依赖操作系统的mutex指令，需要用户态和内核态切换，性能损耗十分明显。重量级锁用到monitor对象，而偏向锁则在Mark Word记录线程ID进行比对，轻量级锁则是拷贝Mark Word到Lock Record，用CAS+自旋的方式获取。

引入了偏向锁和轻量级锁，就是为了在不同的使用场景使用不同的锁，进而提高效率。锁只有升级，没有降级
1）只有一个线程进入临界区，偏向锁
2）多个线程交替进入临界区，轻量级锁
3）多线程同时进入临界区，重量级锁