synchronized介紹

一、在多線程併發編程中synchronized一直被稱爲重量級鎖，可是隨着Java se1.6 對synchronized進行了各類優化後，有些狀況下它就並不那麼重了。

synchronized實現同步的基礎：每一個對象均可以做爲鎖，具體分爲三種狀況：

對於普通同步方法，鎖的是本身實力對象

對於靜態同步方法，鎖的是當前類的Class對象

對於同步方法快，鎖的是synchronized括號裏配置的對象

JVM基於進入和退出Monitor對象來實現方法同步和代碼塊同步，可是二者實現細節不一樣：

代碼塊同步是使用monitorenter和monitorexit指令實現的。

同步方式使用的另外一種方法實現。

monitorenter指令是在編譯後插入到同步代碼塊的開始位置，而monitorexit是插入到方法結束處和異常處，JVM要保證每一個monitorenter和monitorexit成對出現。 任何一個對象都有一個monitor與之關聯，當且一個monitor被持有後，它將處於鎖定狀態。

線程執行到monitorenter指令時，將嘗試得到對象所對應的monitor的全部權，即嘗試得到對象的鎖。

 

二、synchronized用的鎖是存在Java對象頭裏的。若是對象是數組類型的話，則JVM用3個字節存儲對象頭，若是對象是非數組類型的話，則用2個字節存儲對象頭。

 

三、鎖升級與對比

Java SE1.6爲了減小得到鎖和釋放鎖帶來的性能消耗，引入了「偏向鎖」和「輕量級鎖」。

鎖一共有四種狀態，級別從低到高分別爲： 無鎖狀態、偏向鎖狀態、輕量級鎖狀態、重量級鎖狀態。這幾個狀態會隨着競爭狀況逐漸升級。鎖能夠升級可是不能降級，意味着偏向鎖到輕量級鎖後不能降級到偏向鎖，這種鎖升級不能降級的策略，目的是爲了提供得到鎖和釋放鎖的效率。

偏向鎖：

大多數狀況下，鎖不但不存在競爭，並且老是由同一線程屢次得到，爲了讓線程得到所得代價更低而引入了偏向鎖。

當一個線程訪問同步代碼塊並獲取鎖時，會在對象的頭和棧幀中的鎖記錄存儲鎖偏向的線程ID，之後該線程在進入和退出同步代碼塊時不須要進行CAS操做來加鎖和解鎖，只須要簡單的測試對象頭的Mark Word裏是否存儲着指向當前線程的偏向鎖，若是測試成功，表示線程已經得到鎖，若是是失敗，則須要在測試一下Mark Word中偏向鎖的標識是否設置成1（標識當前是偏向鎖）：若是沒有設置，則使用CAS競爭鎖，若是設置了，則嘗試使用CAS將對象頭中的偏向鎖指向當前線程。

偏向鎖的撤銷：偏向鎖使用了一種等到競爭出現才釋放鎖的機制，因此當其餘線程嘗試競爭偏向鎖時，持有偏向鎖的線程纔會釋放鎖。

關閉偏向鎖：偏向鎖在Java6和7中是默認啓用的，可使用-XX:BiasedLockingStartupDelay=0選項開關閉啓動過程當中的延期。

輕量級鎖

輕量級鎖加鎖：

線程在執行同步代碼塊以前， JVM會先在當前線程的棧幀中建立用戶存儲鎖記錄的空間，並將對象頭的Mark Word複製到鎖記錄中，官方稱爲Displaced Mark Word。而後線程嘗試使用CAS將對象頭中Mark Word替換爲指向鎖記錄的指針。若是成功，當前線程得到鎖，若是失敗，表示其餘線程競爭鎖，當前線程變嘗試使用自旋鎖來得到鎖。

輕量級鎖解鎖：

輕量級鎖解鎖時， 會使用原子的CAS操做將Displaced Mark Word替換回到對象頭，若是成功，則表示沒有競爭發生，若是失敗，表示當前鎖存在競爭，鎖就會膨脹成重量級鎖。

 

由於自旋鎖會消耗CPU，爲了不無用的自旋，一旦鎖升級爲重量級鎖就不會再恢復到輕量級鎖狀態。當鎖處於這狀態時，其餘線程試圖得到鎖時，都會被阻塞，當持有鎖的線程釋放鎖以後會喚醒這些線程，被喚醒的線程就會進行新一輪的奪鎖。

鎖	優勢	缺點	使用場景
偏向鎖	加鎖和解鎖不須要額外的消耗，和執行非同步方法相比僅存在納秒級的差距	若是線程存在競爭的話會帶來額外的鎖撤銷消耗	適用於只有一個線程訪問同步塊的場景
輕量級鎖	競爭的線程不會阻塞，提升了線程的響應速度	若是始終得不到鎖競爭的線程，使用自旋會消耗CPU	追求響應時間，同步代碼塊執行速度很是快
重量級鎖	線程競爭不使用自旋，不會消耗CPU	線程阻塞，響應時間緩慢	追求吞吐量，同步代碼塊執行速度較長