关于synchronized原理二三事

synchronized的用法就不细讲了，相信没人不知道的，今天就来剖析一下原理，加强记忆

对象头

synchronized的同步都是基于对象的，而当前对象的锁信息都是存在于对象头当中，我看先来看一下其构成：

图1.png

其中MarkWord的详细内容如下：

图2.png

我们来简述一下锁标志位（具体）：
01：未加锁或者已经加了偏向锁，由是否是偏向锁的标志位来决定，主要用来提升 “ 某个锁一直重复被某个线程持有 ” 的情况下的性能。

00：轻量级锁，其原理就是通过cas操作去尝试修改锁指针，指向某个线程的栈帧，主要用来提升 “ 某个锁被多个线程交替持有 ” 的情况下的性能。
10：重量级锁，当轻量级锁修改锁指针失败后，代表着有多个线程在争抢这把锁，这时候就会通过对象监视器去调度线程，保证这个锁下面只有一个线程在执行。

偏向锁

在一开始，锁对象的MarkWord锁标志位为01，但是是否是偏向锁的标志位为0，说明这个锁还未被别人持有且还没有偏向。某一个线程在这种情况下想持有锁，就要通过cas操作去改变线程ID那一栏为当前线程并把是否是偏向锁的标志位改为1：

• 成功，则以后某一线程想获取这这把锁，只要对比MarkWord中记录的线程ID是不是当前线程就行了。如果是则执行代码，如果不是则看看是否是偏向锁的标志位为0（未偏向），在未偏向的情况下其他线程可以继续通过cas操作继续修改MarkWord中记录的线程ID，从而继续使用偏向锁；在已偏向的情况下说明有竞争，则升级为轻量级锁。
• 失败，说明有竞争，则升级为轻量级锁。

轻量级锁

升级到轻量级锁的过程是酱紫的：
1.首先会在当前线程的栈帧中建立一块锁记录（Lock Record）的空间，会把MarkWord的内容复制一份到锁记录中。
2.然后Lock Record中有的owner指针指向MarkWord所在的锁对象。
3.修改MarkWord中指向栈中锁记录的指针（见图2的那片区域）。

图3.png

修改指针都是用的cas操作，成功修改指针后代表该线程已经持有该锁，把锁标志位改为00。失败，则会通过自旋操作尝试获取锁，如果超过自旋的阈值还是获取不到则升级为重量级锁。

可重入是怎么做到的呢？

每重入一次，Lock Record就会在栈中再申请一次，只不过新的Lock Record中的本来会复制过来的MarkWord为null，释放时，也是一层层去释放的，当释放到最后一层时（也就是该栈中最初的Lock Record），会把Lock Record中的MarkWord通过CAS操作替换回锁对象的MarkWord。

图4.png

重量级锁

升级为重量级锁后，所标志位变为10，且锁指针指向互斥量，互斥量就是依赖于对象监视器，而对象监视器有以下几部分构成：

• Contention List（cxq）：竞争队列，在自旋失败后，线程首先会被放到这里面来等待。
• Entry List：锁资源被释放时，会选取少量线程放到这里面作为执行候选。
• Wait Set：调用 wait 方法被阻塞的线程放到这里面。
• OnDeck：当前在争夺锁资源的线程（最多一个）。
• Owner：当前已得到锁资源的线程。
• !Owner：当前释放锁的线程。

图5.png

1.线程首先通过自旋尝试获取锁，当获取不到锁时，会通过cas操作插入到Contention List的队尾。
2.当owner线程unlock是，会把Contention List中的线程移到Entry List。
3.从Entry List选一个线程进入OnDeck状态，把锁竞争权利交给他，当然他也有可能被还在自旋的线程拿到锁。
4.获取到锁，并且执行。
5.被wait等方法阻塞，该线程释放锁并转移到Wait Set中。
6.被notify等方法唤醒，重新放到Entry List中。