【多线程】synchronized关键字详解

synchronized是什么?

java中使用synchronized关键字实现加锁/解锁，来保证多线程对共享资源的访问，防止多个线程同时访问共享资源导致数据问题。

synchronized是重量级锁还是轻量级锁？

java早期版本中synchronized是重量级锁，无论是否发生了锁竞争，都会进行加锁的动作。但是java6之后官方对synchronized进行优化，在没有发生锁竞争时，不会进行加锁的动作，只有发生锁竞争时，才会升级为重量级锁。这就是锁升级。

synchronized锁升级原理

• 锁升级的步骤
  • 无锁状态
  • 偏向锁
  • 轻量级锁
  • 重量级锁
  • 锁释放

JAVA中32位虚拟机对象头信息分布

无锁状态

锁标志位是01，代表还未执行过

偏向锁

偏向锁：代表锁会偏向于第一个获得他的线程，如果接下来的执行过程中，该锁没有被其他线程获取，则持有偏向锁的线程永远不需要再进行同步

加锁流程：

• 当同步对象第一次被一个线程获取后，虚拟机会将锁标志位设置为 01，偏向模式设置为 1，代表进入偏向锁。同时使用CAS将获取到这个锁的线程ID记录在Mark word中，如果cas操作成功，持有偏向锁的线程每次进入这个相关同步块时，虚拟机都可以不在进行任何同步操作（例如加锁、解锁等）
• 一旦有另一个线程尝试获取这个锁，偏向锁模式宣告结束。根据锁对象目前是否处于被锁状态决定是否撤销偏向，撤销后锁标志位恢复到未锁定或轻量级锁状态。

轻量级锁

轻量级锁：如果一个对象虽然有多线程需要加锁，但是多个线程之间加锁是错开的，并无竞争，那么可以使用轻量级锁来优化。如果没有锁膨胀，轻量级锁就不会和操作系统有交互。

加锁流程：

• 代码进入同步块时，如果此时同步对象没有被锁定 （锁标志位 01），则虚拟机在当前线程创建名为(Lock Record)的锁记录空间，用于存储对象Mark Word的拷贝。
• 虚拟机使用CAS将对象的Mark Word更新为执行Lock Record的指针，更新成功后，所标志为变更为00，表示处于轻量级锁。
• 如果更新失败，则意味着该资源存在其他线程访问，出现了锁竞争。虚拟机首先会检查对象Mark Word是否指向当前线程，如果是，则代表以及拥有了锁，直接进行操作。否则代表多个线程竞争同一个锁，锁膨胀为重量级锁，所标志位变为 10，此时Mark Word中存储的是重量级锁的指针，未获取到锁的线程进入阻塞状态。

锁释放

释放锁的流程：

• 轻量级锁/偏向锁解锁过程也同样通过CAS来操作，如果对象Mark Word仍然指向线程的锁记录，就利用CAS将线程中的Mark Word信息替换回来。
• 替换成功，解锁成功
• 替换失败，说明发生了锁竞争，就要在释放锁的同时，唤醒阻塞的线程。

加锁解锁流程