synchronized原理

synchronized简介

synchronized作为java中的一个关键字，它有以下用途

修饰在静态方法上

静态方法是可以通过类名直接调用，所以实际上就是对调用方法的类加锁，俗称类锁
修饰在成员方法上

成员方法是只能提供类的实例进行调用，所以实际上就是对调用方法的对象加锁，俗称对象锁
修饰在代码块上

根据传入的是类对象或类实例判断加锁方式

类锁：为什么可以对类上锁，因为每个java类在jvm中都会有一个真正的class对象，这个class对象就是一个普通的对象，所以类锁和对象所是一致的

synchronized实现原理

对象头>

对象被创建后，随即会在在堆中为其分配内存空间，对象在内存中的布局分为三块区域：对象头、实例数据和对齐填充。

其中对象头又分成了三块区域

Mark Word
指向类的指针
数组长度（只有数组对象才有）

Monitor机制（重量级锁）

Monitor 被翻译为监视器或管程，也叫做监视器锁（重量级锁）每个 Java 对象都可以关联一个 Monitor 对象，如果使用 synchronized 给对象上锁（重量级）之后，该对象头的 Mark Word 就被设置为指向 Monitor 对象的指针

刚开始 Monitor 中 Owner 为 null
当有一个线程1执行到synchronized(obj)时就会将Monitor的持有者设置成线程1，而Monitor中只能有一个 Owner
当其他的线程也来执行synchronized(obj)时，就会进入EntryList被阻塞，处于BLOCKED状态
当线程1执行完同步代码块的内容后，会释放锁然后唤醒EntryList中等待的线程来竞争锁，非公平状态

注意：

synchronized 必须是进入同一个对象的 monitor 才有上述的效果

不加 synchronized 的对象不会关联监视器，不遵从以上规则

公平锁概念：

公平锁：获取不到锁的时候，会自动加入队列，等待线程释放后，队列的第一个线程获取锁

非公平锁：获取不到锁的时候，会自动加入队列，等待线程释放锁后所有等待的线程同时去竞争

ObjectMonitor中有两个队列，_WaitSet 和 _EntryList，用来保存ObjectWaiter对象列表（每个等待锁的线程都会被封装成ObjectWaiter对象），_owner指向持有ObjectMonitor对象的线程，当多个线程同时访问一段同步代码时，首先会进入 _EntryList 集合，当线程获取到对象的monitor 后进入 _Owner 区域并把monitor中的owner变量设置为当前线程同时monitor中的计数器count加1，若线程调用 wait() 方法，将释放当前持有的monitor，owner变量恢复为null，count自减1，同时该线程进入 WaitSe t集合中等待被唤醒。若当前线程执行完毕也将释放monitor(锁)并复位变量的值，以便其他线程进入获取monitor(锁)

JDK1.6之后对synchronized的优化

锁的状态总共有四种，无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。随着锁的竞争，锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级的重量级锁，但是锁的升级是单向的，也就是说只能从低到高升级，不会出现锁的降级，关于重量级锁，前面我们已详细分析过，下面我们将介绍偏向锁和轻量级锁以及JVM的其他优化手段

轻量级锁

轻量级锁的使用场景：如果一个对象虽然有多线程要加锁，但加锁的时间是错开的（也就是没有竞争），那么可以使用轻量级锁来优化。

轻量级锁对使用者是透明的，即语法仍然是 synchronized

创建锁记录（Lock Record）对象，每个线程都的栈帧都会包含一个锁记录的结构，内部可以存储锁定对象的 Mark Word
让锁记录中 Object reference 指向锁对象，并尝试用 cas 替换 Object 的 Mark Word，将 Mark Word 的值存入锁记录
如果 cas 替换成功，对象头中存储了锁记录地址和状态 00 ，表示由该线程给对象加锁，这时图示如下
如果 cas 失败，有两种情况
- 如果是其它线程已经持有了该 Object 的轻量级锁，这时表明有竞争，进入锁膨胀过程
- 如果是自己执行了 synchronized 锁重入，那么再添加一条 Lock Record 作为重入的计数