目錄
- synchronized基本使用
- synchronized底層原理
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- Monitor
- Mark Word
- synchronized鎖優化
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- 偏向鎖
- 輕量級鎖
- 自旋鎖
- 适應性自旋鎖
- 鎖消除
- 鎖粗化
synchronized基本使用
synchronized可以作用在方法、靜态方法、類、代碼塊上
一、修飾方法，修飾方法時鎖的範圍是整個方法，鎖的對象是調用該方法的執行個體對象(不同執行個體對象互不影響)，需要注意的是synchronized不能被子類重寫的方法繼承
public synchronized void method() {
//TODO
}
二、修飾一個代碼塊，如果代碼塊包住了整個方法的代碼則等價于修飾了該方法，修飾代碼塊時必須指定一個對象，這個對象可以是this也可以new一個對象，擷取鎖時是擷取了這個對象的鎖
public void method() {
synchronized(this) {
//TODO
}
}
Object obj = new Object();
public void method() {
synchronized(obj) {
//TODO
}
}
三、修飾一個靜态方法，修飾在靜态方法上時，鎖作用的對象是這個類的對象
public synchronized static void method() {
//TODO
}
四、修飾一個類，這種寫法和修飾靜态方法的效果是一樣的，都是鎖住了這個類的對象
class Demo {
public void method() {
synchronized(Demo.class) {
//TODO
}
}
}
synchronized底層原理
Monitor
synchronized基于對象的Monitor鎖(螢幕鎖)實作，每個對象都持有Monitor，線程通過Monitorenter指令進入Monitor持有鎖，通過Monitroexit指令退出Monitor對象釋放鎖，Monitor鎖底層是作業系統通過Mutex lock實作的，是以如果直接操作Monitor就會涉及到使用者态和核心态的轉換，非常消耗性能，是以synchronized被稱為重量級鎖，當然在Java1.5版本之後Oracle公司已經對synchronized做了大量優化，性能和ReentrantLock持平，反編譯位元組碼檔案後我們會發現當synchronized修飾在方法上時是使用一個辨別符ACC_SYNCHRONIZED來辨別目前方法是一個同步方法，而當synchronoized修飾代碼塊時使用了一次monitorenter指令和兩次monitorexit指令，第一次是同步正常退出釋放鎖，第二次是發生異步退出釋放鎖
Mark Word
每個對象都持有一個Monitor，那麼對象是如何記錄Monitro資訊的呢，答案就是Mark Word(對象頭)，記憶體中的對象由三部分組成：對象頭、執行個體資料、對齊填充
- 對象頭：包含對象的hashcode、對象所屬的年代、鎖标記位、偏向鎖(線程)ID、偏向時間、數組長度等，對象頭一般占用2個機器碼(子寬)，32位虛拟機中一個機器碼是4個位元組(32bit)，64位虛拟機中一個機器碼是8個位元組(64bit)，如果對象是個數組則會占用3個機器碼，其中一個機器碼用來記錄數組長度
- 執行個體資料：存放類的屬性資料資訊，包括父類的屬性資訊
- 對齊填充：虛拟機要求對象起始位址必須是8位元組的整數倍，填充資料隻是為了位元組對齊
為了存儲更多的資料，Mark Word被設計成一個非固定的結構，它會根據對象的狀态複用自己的存儲空間，也就是說Mark Word是可變的，變化的結構如圖：
synchronized鎖優化
synchronized鎖優化後有四種狀态，級别從低至高分别是：無鎖狀态、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖，随着鎖競争的激烈，鎖的級别是逐漸上升的，叫做鎖的更新，鎖的更新是單向的隻能更新不能降級
偏向鎖
偏向鎖是JDK1.6後新引入的，研究發現在大多數情況下，鎖不僅不存在多線程競争，而且總是由一個線程多次擷取，是以為了減少線程每次擷取鎖的耗時而引入了偏向鎖，偏向鎖的核心思想是當線程擷取鎖之後，鎖進入偏向模式，當線程再次擷取鎖時無需CAS操作，進而減少消耗提高性能，偏向鎖适合單線程執行代碼塊的場合，在鎖競争激烈的場合則會更新為輕量級鎖或重量級鎖，偏向鎖預設是開啟的，可以通過參數-XX:-UseBiasedLocking禁止偏向鎖
輕量級鎖
偏向失敗後，JVM先嘗試升降到輕量級鎖，使用輕量級鎖是為了減少直接使用重量級鎖引起的開銷，輕量級鎖提升性能的依據是"對于絕大部分的鎖，在整個生命周期内是不會産生競争的"，輕量級鎖适用于多個線程交替執行代碼塊的場合，如果線程之間的競争更加激烈，則從輕量級鎖膨脹為重量級鎖
自旋鎖
由于在大多數情況下線程持有鎖的時間不會太長，為了避免在短時間内阻塞和喚起線程，引入了自旋的概念，當一個線程嘗試擷取鎖時，如果該鎖已經被其他線程占據，則進入空循環等待鎖釋放，而非進入休眠，這個過程叫做自旋，當然自旋會持續占用CPU，如果鎖長時間不釋放，就會白白浪費性能，是以自旋的時機或者次數需要有個上限，如果長時間擷取不到鎖，則更新到重量級鎖
适應性自旋鎖
如果某次自旋成功了，那麼下次自旋的次數将會增加，反之如果自旋很少成功，則自旋次數會減少，也就是說JVM會根據上次自旋的情況調整自旋的次數
鎖消除
鎖消除指的是虛拟機在編譯時會去除不可能存在共享資源競争的鎖，節省無意義的加鎖時間，有點時候并非我們主動寫的同步代碼而是使用的api中具有同步方法比如stringBuff的append方法，鎖消除的依據是逃逸分析的資料支援，使用JVM參數可控制是否開啟逃逸分析，預設是開啟的，-XX:+DoEscapeAnalysis ： 開啟逃逸分析 -XX:-DoEscapeAnalysis ： 關閉逃逸分析
鎖粗化
鎖粗化也很好了解，實際在使用synchronized時，我們可能會隔一段代碼使用一個synchronized同步塊，這種情況下連續加鎖會造成額外的損耗，JVM會将一段一段的鎖合并成一個鎖