浅谈synchronized

话外：年年问，年年考，但是年年有人不会，不讲废话，有缘的小老弟，看到理解记忆就好了。

 

synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。

1、synchronized作用

　　原子性：synchronized保证语句块内操作是原子的
　　可见性：synchronized保证可见性（通过“在执行unlock之前，必须先把此变量同步回主内存”实现）
　　有序性：synchronized保证有序性（通过“一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作”）

2、synchronized的使用

• 修饰实例方法，对当前实例对象加锁
• 修饰静态方法，多当前类的Class对象加锁
• 修饰代码块，对synchronized括号内的对象加锁

 

3.synchronized的原理

        jvm基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步。

        代码块的同步是利用monitorenter和monitorexit这两个字节码指令。jvm执行到monitorenter指令时，当前线程试图获取monitor对象的所有权，如果未加锁或者已经被当

        前线程所持有，就把锁的计数器+1；当执行monitorexit指令时，锁计数器-1；当锁计数器为0时，该锁就被释放了。如果获取monitor对象失败，该线程则会进入阻塞状态，

        直到其他线程释放锁。

• synchronized是可重入的，所以不会自己把，自己锁死
• synchronized锁一旦被一个线程持有，其他试图获取该锁的线程将被阻塞。

 

 

4. synchronized的缺点

          1.效率低:锁的释放情况少,试图获得锁时不能设定超时,不能中断一个正在试图获得所得线程

          2.不够灵活(读写锁更灵活):加锁和释放的时机单一,每个锁仅有单一的条件(某个对象),可能是不够的

          3.无法知道是否成功获取到锁

 

5.理解Java对象头

在JVM中，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。

 

对象头部包括markword和类型指针

 

markword记录了哪些信息?

记录了锁信息，hashCode,以及垃圾回收信息

 

 

6. JVM对synchronized的锁优化：

        Synchronized是通过对象内部的一个叫做监视器锁（monitor）来实现的，监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock（互斥锁）来实现的。而操作系统实现线

        程之间的切换需要从用户态转换到核心态，这个成本非常高，状态之间的转换需要相对比较长的时间，这就是为什么Synchronized效率低的原因。因此，这种依赖于操作系统

        Mutex Lock所实现的锁我们称之为“重量级锁”。

        锁一共有4种状态，级别从低到高依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态。锁可以升级但不能降级。

        偏向锁的获取：

            当锁对象第一次被线程获取的时候，虚拟机会把对象头中的标志位设置为“01”，即偏向模式。同时使用CAS操作把获取到这个锁的线程ID记录在对象的Mark Word中，

            如果CAS操作成功。持有偏向锁的线程以后每次进入这个锁相关的同步块时，虚拟机都可以不再进行任何同步操作。

        偏向锁的释放：

            偏向锁使用了遇到竞争才释放锁的机制。偏向锁的撤销需要等待全局安全点，然后它会首先暂停拥有偏向锁的线程，然后判断线程是否还活着，如果线程还活着，则升级

            为轻量级锁，否则，将锁设置为无锁状态。

 

 

       轻量级锁：它不是用来替换重量级锁的，它的本意是在没有多线程竞争的情况下，减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。

            加锁过程：

            在代码进入同步块的时候，如果此对象没有被锁定（锁标志位为“01”状态），虚拟机首先在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录（Lock Record）的空间，

            用于存储对象目前Mark Word的拷贝（官方把这份拷贝加了一个Displaced前缀，即Displaced Mark Word）。然后虚拟机使用CAS操作尝试将对象的Mark Word

            更新为指向锁记录（Lock Record）的指针。如果更新成功，那么这个线程就拥有了该对象的锁，并且对象的Mark Word标志位转变为“00”，即表示此对象处于轻

            量级锁定状态；如果更新失败，虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果说明当前线程已经拥有了这个对象的锁，那就可以直接进入同步

            块中执行，否则说明这个锁对象已经被其他线程占有了。如果有两条以上的线程竞争同一个锁，那轻量级锁不再有效，要膨胀为重量级锁，锁标志变为“10”，

            Mark Word中存储的就是指向重量级锁的指针，而后面等待的线程也要进入阻塞状态。

            解锁过程：

            如果对象的Mark Word仍然指向线程的锁记录，那就用CAS操作将对象当前的Mark Word与线程栈帧中的Displaced Mark Word交换回来，如果替换成功，整个同步

            过程就完成了。如果替换失败，说明有其他线程尝试过获取该锁，那就要在释放锁的同时，唤醒被挂起的线程。

            如果没有竞争，轻量级锁使用CAS操作避免了使用互斥量的开销，但如果存在竞争，除了互斥量的开销外，还额外发生了CAS操作，因此在有竞争的情况下，轻量级锁

            比传统重量级锁开销更大。

 

        重量级锁：重量级锁是通过对象内部的一个叫做监视器锁（monitor）来实现的，监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock（互斥锁）来实现的。而操作系统实现线

            程之间的切换需要从用户态转换到核心态，这个成本非常高，状态之间的转换需要相对比较长的时间，这就是为什么Synchronized效率低的原因。

　　自旋锁
　　互斥同步对性能影响最大的是阻塞的实现，挂起线程和恢复线程的操作都需要转入到内核态中完成，这些操作给系统的并发性能带来很大的压力。
　　于是在阻塞之前，我们让线程执行一个忙循环（自旋），看看持有锁的线程是否释放锁，如果很快释放锁，则没有必要进行阻塞。

　　锁消除
　　锁消除是指虚拟机即时编译器（JIT）在运行时，对一些代码上要求同步，但是检测到不可能发生数据竞争的锁进行消除。

　　锁粗化
　　如果虚拟机检测到有这样一串零碎的操作都对同一个对象加锁，将会把加锁同步的范围扩展（粗化）到整个操作序列的外部。

 

7. synchronized和lock的区别：

            Lock是一个接口，而synchronized是关键字。

            synchronized会自动释放锁，而Lock必须手动释放锁。

            Lock可以让等待锁的线程响应中断，而synchronized不会，线程会一直等待下去。

            通过Lock可以知道线程有没有拿到锁，而synchronized不能。

            Lock能提高多个线程读操作的效率。

            synchronized能锁住类、方法和代码块，而Lock是块范围内的

            注意：

            Lock用的是乐观锁方式。所谓乐观锁就是，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。乐观锁实现的机制就是CAS操作。

            synchronized原始采用的是CPU悲观锁机制，即线程获得的是独占锁