synchronized的实现原理

Synchronized的特性

synchronized 是java中的关键字，主要用于加锁，来实现同步，具体实现形式有以下三种：

1.对普通方法加锁，锁是当前实例对象

2.对静态方法加锁，锁是当前类的Class实例，因为Class数据存在于永久代，因此静态方法锁相当于该类的一个全局锁；

3.对对象实例加锁，锁是Synchronized括号里对象实例。

synchronized 内置锁 是一种 对象锁（锁的是对象而非引用变量），作用粒度是对象 可以用来实现对临界资源的同步互斥访问 ，是可重入的。其可重入最大的作用是避免死锁，如：子类同步方法调用了父类的同步方法，如果没有可重入的特性，就会发生死锁。

Synchronized的同步实现

Synchronized的锁的实现是基于JVM进入和退出monitor对象来实现的。

monitor对象有2个关键指令monitorenter和monitorexit,具体就是在编译过程中把monitorenter指令插入到同步代码块开始位置，把monitorexit指令插入退出或异常的位置。

线程执行同步代码块的时首先需要获取锁，即尝试获取monitor对象的所有权，具体过程如下：

首先线程执行指令monitorenter指令尝试获取monitor的所有权，如果monitor的进入数为0，则线程进入进入monitor，并且把进入修改为1，当前线程就持有了锁；如果线程进入monitor时，发现进入数大于0，则会判断monitor的持有者是否为当前线程，如果是当前线程则表示只是重新进入，则对monitor的进入数+1；如果monitor的所有权不是被当前线程持有，线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数等于0，再次重新获取monitor的所有权。

对象头

java中每个对象都包含三部分：对象头、实例数据、对齐填充（非必须）。synchronized使用的锁是存在对象的对象头中，对象头主要包含了2部分数据，Mark Word（存储对象的hashCode、分代年龄和锁标记位）、Class Metadata Address（存储对象类型数据的指针）。

锁的升级和对比

synchronized在JDK 1.6以后引入锁的状态级别，从低到高为：无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁；

锁可以根据竞争进行粗话升级，但是不能降级。

偏向锁

当一个线程访问同步代码块获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录中存储锁偏向的线程id,以后该线程再次进入和退出同步代码块时不需要信息CAS操作来加锁或解锁。

首先执行monitorenter命令尝试获取锁，查询Mark Word中存储的线程id是否为当前线程id,如果为当前线程id，则直接执行同步代码，如果不是当前线程id，则判断是否开启了偏向锁；

当偏向锁标识为1是，使用CAS竞争锁，竞争成功，尝试把Mark Word中的偏向锁指向自己；竞争失败，表示当前有多个线程在竞争锁，当到达全局安全点时，获得偏向锁的线程被挂起，偏向锁升级为轻量级锁，然后被阻塞在安全点的线程继续往下执行同步代码块；

偏向锁的机制：竞争时才会释放锁，线程是不会主动去释放偏向锁，需要等待其他线程来竞争。偏向锁的撤销需要 等待全局安全点（这个时间点是上没有正在执行的代码）

轻量锁

轻量锁加锁

线程在执行同步块之前，JVM会先在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间，并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中，官方称为DisplacedMark Word。然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功，当前线程获得锁，如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁。

轻量锁解锁

轻量级解锁时，会使用原子的CAS操作将Displaced Mark Word替换回到对象头，如果成功，则表示没有竞争发生。如果失败，表示当前锁存在竞争，锁就会膨胀成重量级锁。

 

 

 因为自旋会消耗CPU，为了避免无用的自旋（比如获得锁的线程被阻塞住了），一旦锁升级成重量级锁，就不会再恢复到轻量级锁状态。当锁处于这个状态下，其他线程试图获取锁时，都会被阻塞住，当持有锁的线程释放锁之后会唤醒这些线程，被唤醒的线程就会进行新一轮的夺锁之争。