并发编程：深入理解synchronized

synchronize的使用场景

线程安全问题：多线程对共享数据状态的访问没有控制

用锁（互斥）来控制对共享数据的访问

synchronized是虚拟机级别提供给我们的同步关键字

synchronized的使用

1、修饰实例方法（锁是当前对象）
2、修饰静态方法（锁是当前类的字节码对象）
3、修饰代码块（锁是括号()中指定的对象）
总结：锁都是锁对象，不管是.class对象还是具体的某个实例对象。当两个线程调用同一把锁的代码时，会串行化执行。

synchronized到底在什么地方加了锁？

存在对象头里。
对象分为三部分：对象头，实例数据，对齐填充（虚拟机要求8字节最小单位）。
那么对象头有哪些信息呢？MarkWord、KlassWord、数组长度；其中Markword记录了锁的信息，如锁标记、偏向锁标记、锁状态、线程ID（偏向锁）还有其他信息如gc标记、分代年龄、hashcode等等。KlassWord主要存储对象的指针相关信息。

synchronized 锁的升级

1.6之前synchronized都是重量级锁，在1.6版本做了大量优化。锁既要保证数据安全性，又要尽量的保证性能。
重量级锁：直接调用操作系统挂起线程（内核态->用户态），重量级锁由重量级锁指针指向的ObjectMonitor实现，监视器对象存储了该对象被获取锁的次数（有加有减）、重入次数、持有锁的线程、阻塞队列、等待队列等。
无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁
偏向锁：单线程访问，偏向锁记录线程ID为该线程，过来直接执行
轻量级锁：两个线程发生了竞争的时候，会升级成轻量级锁。（当旧的偏向线程被销毁、或者当前没有持有锁，则不会升级，变成无锁）。轻量级锁是自旋等待
重量级锁：自旋次数过多；或者来了第三个线程，则会升级成重量级锁，这时候没拿到锁的线程直接阻塞
锁只可以升级不可以降级，但是偏向级锁可以置为无锁状态。

偏向锁的升级

线程1去查看对象头里是否有线程1ID，假如无锁则CAS替换为线程1，有锁则CAS获取
CAS：乐观锁。CompareAndSwap(value, expect, update)，比较expect和value是否一样，假如不一样，则替换失败；假如一样，则成功替换。（比较和替换必须是一个原子操作）
CAS的缺点：存在ABA问题，可以用版本号解决，java里用AtomicStampedReference解决；不断的CAS会消耗CPU比较大
替换成功后，线程1执行，此时来了线程2，线程2 CAS获取偏向锁失败，此时线程2暂停线程1，撤销偏向锁，升级为轻量级锁

轻量级锁的升级

轻量级锁中，两个线程会不断自旋，有锁的时候CAS将MarkWord替换成轻量级锁，替换成功的则持有锁。
线程1会在栈帧中分配Lock Reocrd空间存储MarkWord的拷贝，通过CAS操作 并将对象头MarkWord改成指向Lock reocrd的指针，然后将Lock Reocrd的owner指针指向object mark word。
自旋次数过多或者第三个线程来了会膨胀成重量级锁。
自旋次数：设置自旋次数、自适应自旋（自动调整）

重量级锁

每一个对象都存在一个ObjectMonitor对象。重量级锁通过ObjectMonitor（互斥锁）实现。
该锁直接挂起阻塞的锁。
当线程1获得重量级锁时，线程2会进去监视器的阻塞队列。当线程1释放锁的时候，会唤醒阻塞队列中的线程。