synchronized
1，synchronized关键字用法
①修饰代码块，指定加锁对象，表示进入当前代码块要获得指定对象的锁。
②修饰实例方法：对当前对象加锁，进入同步方法要获得当前对象的锁。
③修饰静态方法，给当前类加锁，作用于类的所有对象，访问静态方法要获得class锁。
2，介绍一下synchronized
①，解决多个线程访问资源的同步性，synchronized关键字保证它修饰的方法或者代码块在任意时刻只有一个线程访问。
②java早期版本sychronized是重量级锁，效率较低
因为监视器锁（monitor）是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock 来实现的，Java 的线程是映射到操作系统的原生线程之上的。
如果要挂起或者唤醒一个线程，都需要操作系统帮忙完成，而操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到内核态，
这个状态之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较高。
③后期优化，引入偏向锁，轻量级锁等。
2.1，底层原理：
①java中每一个对象都可以作为锁，每一个Object对像都有一个Monitor监视器，
②synchronized同步语句块使用monitorenter和monitorexit指令分别指向同步代码块的开始与结束，当执行monitorenter时，尝试获取对象锁，
对象锁计数器为0则表示该对象锁可获取，获取后，对象锁加1.
③当同步方法时，用到ACC_SYNCHRINIZED标识，表示该方法是同步方法。monitorenter和monitorexit指令与ACC_SYNCHRINIZED标识
都是为了获取对象锁。
3,synchronized（底层原理）
syncronized用的锁存在java对象的对像头里。
3.1,什么是对象头？
①Java对象在堆中的基本的基本结构分三部分（有点像计算机网络中报文或者帧的结构，前缀+数据+后缀）：header(对相头)+实例数据+对齐填充。
②对象头，非数组对象头为两个字宽（32位一字宽位332bit，64位为64bit）为Mark Word（标识位，标识锁状态等信息，）部分和，Class Metadata Address
（储存到对象类型数据的指针）,如果是数组对象用三个字宽，加上数组长度Array length。
③Mark Word的储存结构：
（锁轻量，重量，偏向指的是synchronized锁升级后引入的），对象头里储存锁状态信息,锁的类型，包括持有锁的线程ID等信息。
其中重量锁（升级前只有重量锁）状态下，Mark Word中有指向对象关联的Monitor（监视器锁）的指针。偏向锁状态下，储存有当前
持有该对象的线程ID.
3.2，什么是Monitor?
①一种实现同步的工具，每个java对象都可以关联一个Monitor对象，（每个java对象都可以是锁。）
②是实现synchronized内置锁的关键。
- Monitor对象如何与java对象关联，
<1>Java对象被某线程获取锁，对象头Mark Word中会储存指向Monitor的指针。
<2>Monitor对象的Owner字段会存放相关联的对象的获取其对象锁的线程ID,
每个对象关联一个Monitor锁，Monitor锁，有一个阻塞队列，用于存放阻塞等待抢锁线程
3.3,synchronized锁优化
3.3.1synchronized是一种排他锁（只能有一个线程持有锁）也是一种可重入锁（已持有锁的线程再次获得锁。避免自己将自己阻塞，排他，不排自己）
优化之前（加锁机制）：
①如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的owner
②如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1.
③如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权
优化之后：
引入偏向锁，轻量级锁，重量级锁，自旋锁。
优化和通过synchronized加锁的过程是： 偏向锁-->轻量级锁-->重量级锁
3.3.2偏向锁:为了在无多线程竞争的情况下尽量减少不必要的轻量级锁执行路径
<1>即当某线程第一个获得某对象锁，设置为偏向锁，Mark Word中标识为偏向锁，并储存当前偏向线程ID，
<2>当下一个线程来竞争锁的时候，先比较偏向线程ID,如果是偏向线程，直接获得锁，不需要指行3.3.1中的②步骤，
对锁标识位每增加1，就要有一个-1与之对应。如果不是偏向线程，则先CAS操作抢锁，CAS成功（原偏向线程执行完或者中断退出）
若CAS不成功，就产生竞争，准备撤销偏向锁。
<3>撤销过程：（图片参考（复制）自synchronized原理）
3.3.3，轻量级锁：引入自旋锁，减少竞争失败立马阻塞带来的系统开销
- 线程阻塞开销：
java的线程是映射到操作系统原生线程之上的，如果要阻塞或唤醒一个线程就需要操作系统介入，
需要在户态与核心态之间切换，这种切换会消耗大量的系统资源，因为用户态与内核态都有各自专用的内存空间，
专用的寄存器等，用户态切换至内核态需要传递给许多变量、参数给内核，内核也需要保护好用户态在切换时的
一些寄存器值、变量等，以便内核态调用结束后切换回用户态继续工作。
- 但自旋（死循环，失败了不立马阻塞，接着抢一会，）同样带来CPU消耗，若以要规定自旋时长（重复抢锁次数）到一定
还没抢到，升级重量级锁，在抢。
<1>线程通过CAS获取锁，成功-获取锁执行。不成功则有竞争，进入自旋抢锁阶段，自旋一定次数仍抢不到表示竞争激烈
升级为重量级锁。
3.3.4，重量级锁：线程竞争失败会进入阻塞队列，挂起阻塞等待唤醒。
3.3.5，优化总结：
①引入偏向锁的目的：在只有单线程执行情况下，尽量减少不必要的轻量级锁执行路径，轻量级锁的获取及释放依赖多次CAS原子指令，
而偏向锁只依赖一次CAS原子指令置换ThreadID，之后只要判断线程ID为当前线程即可，偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制，
消除偏向锁的开销还是蛮大的。如果同步资源或代码一直都是多线程访问的，那么消除偏向锁这一步骤对你来说就是多余的，
可以通过-XX:-UseBiasedLocking=false来关闭
②引入轻量级锁的目的：在多线程交替执行同步块的情况下，尽量避免重量级锁引起的性能消耗(用户态和核心态转换)，但是如果多个
线程在同一时刻进入临界区，会导致轻量级锁膨胀升级重量级锁，所以轻量级锁的出现并非是要替代重量级锁
③重入:对于不同级别的锁都有重入策略，偏向锁:单线程独占，重入只用检查threadId等于该线程；轻量级锁：重入将栈帧中lock record的header
设置为null，重入退出，只用弹出栈帧，直到最后一个重入退出CAS写回数据释放锁；重量级锁：重入_recursions++，重入退出_recursions--，_recursions=0时释放锁
3.4，synchronized锁,等待/唤醒机制：
3.4.1，进入重量级锁阻塞队列的线程，需要外界来唤醒，
Object类中：
wait() 调用该对象的线程，进入WATING状态，只能等待另外线程唤醒。调用wait（）后会释放对象锁。
wait(long) 超时唤醒，若在设置时间（毫秒）内没有被其他线程唤醒，则自动唤醒位RUNNABLE状态，竞争抢锁。
wait(long,int) 时间单位更精确（可达到纳秒）
notify() 通知等待队列的一个线程，使其从wait（）方法中返回，返回的前提是获取到对象锁
notifyAll() 通知所有该对象等待队列线程。
3.4.2，wait(),和sleep()的区别：
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- wait() 是 Object 的方法，而 sleep() 是 Thread 的静态方法；
- wait() 会释放锁，sleep() 不会
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参考：
