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使用
synchronized關(guān)鍵字是Java并發(fā)編程中線程同步的常用手段之一，其作用有三個(gè):
- 互斥性：確保線程互斥的訪問(wèn)同步代，鎖自動(dòng)釋放，多個(gè)線程操作同個(gè)代碼塊或函數(shù)必須排隊(duì)獲得鎖，
- 可見(jiàn)性：保證共享變量的修改能夠及時(shí)可見(jiàn)，獲得鎖的線程操作完畢后會(huì)將所數(shù)據(jù)刷新到共享內(nèi)存區(qū)[1]
- 有序性：有效解決重排序問(wèn)題
synchronized用法有三個(gè):
- 修飾實(shí)例方法
- 修飾靜態(tài)方法
- 修飾代碼塊
1. 修飾實(shí)例方法
synchronized關(guān)鍵詞作用在方法的前面，用來(lái)鎖定方法，其實(shí)默認(rèn)鎖定的是this對(duì)象。
- public class Thread1 implements Runnable{
- //共享資源(臨界資源)
- static int i=0;
- //如果沒(méi)有synchronized關(guān)鍵字，輸出小于20000
- public synchronized void increase(){
- i++;
- }
- public void run() {
- for(int j=0;j<10000;j++){
- increase();
- }
- }
- public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
- Thread1 t=new Thread1();
- Thread t1=new Thread(t);
- Thread t2=new Thread(t);
- t1.start();
- t2.start();
- t1.join();//主線程等待t1執(zhí)行完畢
- t2.join();//主線程等待t2執(zhí)行完畢
- System.out.println(i);
- }
- }
2. 修飾靜態(tài)方法
synchronized還是修飾在方法上，不過(guò)修飾的是靜態(tài)方法，等價(jià)于鎖定的是Class對(duì)象，
- public class Thread1 {
- //共享資源(臨界資源)
- static int i = 0;
- //如果沒(méi)有synchronized關(guān)鍵字，輸出小于20000
- public static synchronized void increase() {
- i++;
- }
- public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
- Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
- public void run() {
- for (int j = 0; j < 10000; j++) {
- increase();
- }
- }
- });
- Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
- @Override
- public void run() {
- for (int j = 0; j < 10000; j++) {
- increase();
- }
- }
- });
- t1.start();
- t2.start();
- t1.join();//主線程等待t1執(zhí)行完畢
- t2.join();//主線程等待t2執(zhí)行完畢
- System.out.println(i);
- }
3. 修飾代碼塊
用法是在函數(shù)體內(nèi)部對(duì)于要修改的參數(shù)區(qū)間用synchronized來(lái)修飾，相比與鎖定函數(shù)這個(gè)范圍更小，可以指定鎖定什么對(duì)象。
- public class Thread1 implements Runnable {
- //共享資源(臨界資源)
- static int i = 0;
- @Override
- public void run() {
- for (int j = 0; j < 10000; j++) {
- //獲得了String的類鎖
- synchronized (String.class) {
- i++;
- }
- }
- }
- public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
- Thread1 t = new Thread1();
- Thread t1 = new Thread(t);
- Thread t2 = new Thread(t);
- t1.start();
- t2.start();
- t1.join();
- t2.join();
- System.out.println(i);
- }
- }
總結(jié)：
- synchronized修飾的實(shí)例方法，多線程并發(fā)訪問(wèn)時(shí)，只能有一個(gè)線程進(jìn)入，獲得對(duì)象內(nèi)置鎖，其他線程阻塞等待，但在此期間線程仍然可以訪問(wèn)其他方法。
- synchronized修飾的靜態(tài)方法，多線程并發(fā)訪問(wèn)時(shí)，只能有一個(gè)線程進(jìn)入，獲得類鎖，其他線程阻塞等待，但在此期間線程仍然可以訪問(wèn)其他方法。
- synchronized修飾的代碼塊，多線程并發(fā)訪問(wèn)時(shí)，只能有一個(gè)線程進(jìn)入，根據(jù)括號(hào)中的對(duì)象或者是類，獲得相應(yīng)的對(duì)象內(nèi)置鎖或者是類鎖
- 每個(gè)類都有一個(gè)類鎖，類的每個(gè)對(duì)象也有一個(gè)內(nèi)置鎖，它們是互不干擾的，也就是說(shuō)一個(gè)線程可以同時(shí)獲得類鎖和該類實(shí)例化對(duì)象的內(nèi)置鎖，當(dāng)線程訪問(wèn)非synchronzied修飾的方法時(shí)，并不需要獲得鎖，因此不會(huì)產(chǎn)生阻塞。
管程
管程[2] (英語(yǔ)：Monitors，也稱為監(jiān)視器) 在操作系統(tǒng)中是很重要的概念，管程其實(shí)指的是管理共享變量以及管理共享變量的操作過(guò)程。有點(diǎn)扮演中介的意思，管程管理一堆對(duì)象，多個(gè)線程同一時(shí)候只能有一個(gè)線程來(lái)訪問(wèn)這些東西。
- 管程可以看做一個(gè)軟件模塊，它是將共享的變量和對(duì)于這些共享變量的操作封裝起來(lái)，形成一個(gè)具有一定接口的功能模塊，進(jìn)程可以調(diào)用管程來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程級(jí)別的并發(fā)控制。
- 進(jìn)程只能互斥的使用管程，即當(dāng)一個(gè)進(jìn)程使用管程時(shí)，另一個(gè)進(jìn)程必須等待。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程使用完管程后，它必須釋放管程并喚醒等待管程的某一個(gè)進(jìn)程。
管程解決互斥問(wèn)題相對(duì)簡(jiǎn)單，把共享變量以及共享變量的操作都封裝在一個(gè)類中
當(dāng)線程A和線程B需要獲取共享變量count時(shí)，就需要調(diào)用get和set方法，而get和set方法則保證互斥性，保證每次只能有一個(gè)線程訪問(wèn)。
生活中舉例管程比如鏈家店長(zhǎng)分配給每一個(gè)中介管理一部分二手房源，多個(gè)客戶通過(guò)中介進(jìn)行房屋買賣。
- 中介 就是管程。
- 多個(gè)二手房源被一個(gè)中介管理中，就是一個(gè)管程管理著多個(gè)系統(tǒng)資源。
- 多個(gè)客戶就相當(dāng)于多個(gè)線程。
Synchronzied的底層原理
對(duì)象頭解析
我們知道在Java的JVM內(nèi)存區(qū)域[3]中一個(gè)對(duì)象在堆區(qū)創(chuàng)建，創(chuàng)建后的對(duì)象由三部分組成。
這三部分功能如下：
- 填充數(shù)據(jù)：由于虛擬機(jī)要求對(duì)象起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍。填充數(shù)據(jù)不是必須存在的，僅僅是為了字節(jié)對(duì)齊。
- 實(shí)例變量：存放類的屬性數(shù)據(jù)信息，包括父類的屬性信息，這部分內(nèi)存按4字節(jié)對(duì)齊。
- 對(duì)象頭：主要包括兩部分 Klass Point跟 Mark Word
Klass Point(類型指針)：是對(duì)象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例。
Mark Word(標(biāo)記字段)：這一部分用于儲(chǔ)存對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如哈希碼，GC分代年齡，鎖狀態(tài)標(biāo)志，鎖指針等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)在32bit和64bit的虛擬機(jī)中大小分別為32bit和64bit，考慮到虛擬機(jī)的空間效率，Mark Word被設(shè)計(jì)成一個(gè)非固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以便在極小的空間中存儲(chǔ)盡量多的信息，它會(huì)根據(jù)對(duì)象的狀態(tài)復(fù)用自己的存儲(chǔ)空間(跟ConcurrentHashMap里的標(biāo)志位類似)，詳細(xì)情況如下圖：
Mark Word狀態(tài)表示位如下：
synchronized不論是修飾方法還是代碼塊，都是通過(guò)持有修飾對(duì)象的鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)同步，synchronized鎖對(duì)象是存在對(duì)象頭Mark Word。其中輕量級(jí)鎖和偏向鎖是Java6對(duì)synchronized鎖進(jìn)行優(yōu)化后新增加的，這里我們主要分析一下重量級(jí)鎖也就是通常說(shuō)synchronized的對(duì)象鎖，鎖標(biāo)識(shí)位為10，其中指針指向的是monitor對(duì)象(也稱為管程或監(jiān)視器鎖)的起始地址。每個(gè)對(duì)象都存在著一個(gè) monitor[4] 與之關(guān)聯(lián)。
反匯編查看
分析對(duì)象的monitor前我們先通過(guò)反匯編看下同步方法跟同步方法塊在匯編語(yǔ)言級(jí)別是什么樣的指令。
- public class SynchronizedTest {
- public synchronized void doSth(){
- System.out.println("Hello World");
- }
- public void doSth1(){
- synchronized (SynchronizedTest.class){
- System.out.println("Hello World");
- }
- }
- }
javac SynchronizedTest .java 然后javap -c SynchronizedTest反編譯后看匯編指令如下：
- public synchronized void doSth();
- descriptor: ()V
- flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED // 這是重點(diǎn) 方法鎖
- Code:
- stack=2, locals=1, args_size=1
- 0: getstatic #2
- 3: ldc #3
- 5: invokevirtual #4
- 8: return
- public void doSth1();
- descriptor: ()V
- flags: ACC_PUBLIC
- Code:
- stack=2, locals=3, args_size=1
- 0: ldc #5
- 2: dup
- 3: astore_1
- 4: monitorenter // 進(jìn)入同步方法
- 5: getstatic #2
- 8: ldc #3
- 10: invokevirtual #4
- 13: aload_1
- 14: monitorexit //正常時(shí) 退出同步方法
- 15: goto 23
- 18: astore_2
- 19: aload_1
- 20: monitorexit // 異常時(shí) 退出同步方法
- 21: aload_2
- 22: athrow
- 23: return
我們可以看到Java編譯器為我們生成的字節(jié)碼。在對(duì)于doSth和doSth1的處理上稍有不同。也就是說(shuō)。JVM對(duì)于同步方法和同步代碼塊的處理方式不同。對(duì)于同步方法，JVM采用ACC_SYNCHRONIZED標(biāo)記符來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。對(duì)于同步代碼塊。JVM采用monitorenter、monitorexit兩個(gè)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。
- ACC_SYNCHRONIZED
方法級(jí)的同步是隱式的。同步方法的常量池中會(huì)有一個(gè)ACC_SYNCHRONIZED標(biāo)志。當(dāng)某個(gè)線程要訪問(wèn)某個(gè)方法的時(shí)候，會(huì)檢查是否有ACC_SYNCHRONIZED，如果有設(shè)置，則需要先獲得監(jiān)視器鎖，然后開(kāi)始執(zhí)行方法，方法執(zhí)行之后再釋放監(jiān)視器鎖。這時(shí)如果其他線程來(lái)請(qǐng)求執(zhí)行方法，會(huì)因?yàn)闊o(wú)法獲得監(jiān)視器鎖而被阻斷住。值得注意的是，如果在方法執(zhí)行過(guò)程中，發(fā)生了異常，并且方法內(nèi)部并沒(méi)有處理該異常，那么在異常被拋到方法外面之前監(jiān)視器鎖會(huì)被自動(dòng)釋放。
- monitorenter跟monitorexit
可以把執(zhí)行monitorenter指令理解為加鎖，執(zhí)行monitorexit理解為釋放鎖。每個(gè)對(duì)象維護(hù)著一個(gè)記錄著被鎖次數(shù)的計(jì)數(shù)器。未被鎖定的對(duì)象的該計(jì)數(shù)器為0，當(dāng)一個(gè)線程獲得鎖(執(zhí)行monitorenter)后，該計(jì)數(shù)器自增變?yōu)?1 ，當(dāng)同一個(gè)線程再次獲得該對(duì)象的鎖的時(shí)候，計(jì)數(shù)器再次自增。當(dāng)同一個(gè)線程釋放鎖(執(zhí)行monitorexit指令)的時(shí)候，計(jì)數(shù)器再自減。當(dāng)計(jì)數(shù)器為0的時(shí)候。鎖將被釋放，其他線程便可以獲得鎖。
結(jié)論：同步方法和同步代碼塊底層都是通過(guò)monitor來(lái)實(shí)現(xiàn)同步的。兩者區(qū)別：同步方式是通過(guò)方法中的access_flags中設(shè)置ACC_SYNCHRONIZED標(biāo)志來(lái)實(shí)現(xiàn)，同步代碼塊是通過(guò)monitorenter和monitorexit來(lái)實(shí)現(xiàn)。
monitor解析
每個(gè)對(duì)象都與一個(gè)monitor相關(guān)聯(lián)，而monitor可以被線程擁有或釋放，在Java虛擬機(jī)(HotSpot)中，monitor是由ObjectMonitor實(shí)現(xiàn)的，其主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下(位于HotSpot虛擬機(jī)源碼ObjectMonitor.hpp文件，C++實(shí)現(xiàn)的)。
- ObjectMonitor() {
- _count = 0; //記錄數(shù)
- _recursions = 0; //鎖的重入次數(shù)
- _owner = NULL; //指向持有ObjectMonitor對(duì)象的線程
- _WaitSet = NULL; //調(diào)用wait后，線程會(huì)被加入到_WaitSet
- _EntryList = NULL ; //等待獲取鎖的線程，會(huì)被加入到該列表
- }
monitor運(yùn)行圖如下：
對(duì)于一個(gè)synchronized修飾的方法(代碼塊)來(lái)說(shuō)：
- 當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)該方法，那么這些線程會(huì)先被放進(jìn)_EntryList隊(duì)列，此時(shí)線程處于blocked狀態(tài)
- 當(dāng)一個(gè)線程獲取到了對(duì)象的monitor后，那么就可以進(jìn)入running狀態(tài)，執(zhí)行方法塊，此時(shí)，ObjectMonitor對(duì)象的_owner指向當(dāng)前線程，_count加1表示當(dāng)前對(duì)象鎖被一個(gè)線程獲取。
- 當(dāng)running狀態(tài)的線程調(diào)用wait()方法，那么當(dāng)前線程釋放monitor對(duì)象，進(jìn)入waiting狀態(tài)，ObjectMonitor對(duì)象的_owner變?yōu)閚ull，_count減1，同時(shí)線程進(jìn)入_WaitSet隊(duì)列，直到有線程調(diào)用notify()方法喚醒該線程，則該線程進(jìn)入_EntryList隊(duì)列，競(jìng)爭(zhēng)到鎖再進(jìn)入_owner區(qū)。
- 如果當(dāng)前線程執(zhí)行完畢，那么也釋放monitor對(duì)象，ObjectMonitor對(duì)象的_owner變?yōu)閚ull，_count減1。
因?yàn)楸O(jiān)視器鎖(monitor)是依賴于底層的操作系統(tǒng)的Mutex Lock來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線程之間的切換時(shí)需要從用戶態(tài)轉(zhuǎn)換到核心態(tài)(具體可看CXUAN寫的OS哦)，這個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換需要相對(duì)比較長(zhǎng)的時(shí)間，時(shí)間成本相對(duì)較高，這也是早期的synchronized效率低的原因。慶幸在Java 6之后Java官方對(duì)從JVM層面對(duì)synchronized較大優(yōu)化最終提升顯著，Java 6之后，為了減少獲得鎖和釋放鎖所帶來(lái)的性能消耗，引入了鎖升級(jí)的概念。
鎖升級(jí)
synchronized鎖有四種狀態(tài)，無(wú)鎖、偏向鎖、輕量級(jí)鎖、重量級(jí)鎖。這幾個(gè)狀態(tài)會(huì)隨著競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)逐漸升級(jí)，鎖可以升級(jí)但不能降級(jí)，但是偏向鎖狀態(tài)可以被重置為無(wú)鎖狀態(tài)。科學(xué)性的說(shuō)這些鎖之前我們先看個(gè)簡(jiǎn)單通俗的例子來(lái)加深印象。
通俗說(shuō)各種鎖
偏向鎖、輕量級(jí)鎖和重量級(jí)鎖之間的關(guān)系，首先打個(gè)比方[5]：假設(shè)現(xiàn)在廁所只有一個(gè)位置，每個(gè)使用者都有打開(kāi)門鎖的鑰匙。必須打開(kāi)門鎖才能使用廁所。其中小明、小紅理解為兩個(gè)線程，上廁所理解為執(zhí)行同步代碼，門鎖理解為同步代碼的鎖
- 小明今天吃壞了東西需要反復(fù)去廁所，如果小明每次都要開(kāi)鎖就很耽誤時(shí)間，于是門鎖將小明的臉記錄下來(lái)(假設(shè)那個(gè)鎖是智能鎖)，下次小明再來(lái)的時(shí)候門鎖會(huì)自動(dòng)識(shí)別出是小明來(lái)了，然后自動(dòng)開(kāi)鎖，這樣就省去了小明拿鑰匙開(kāi)門的過(guò)程，此時(shí)門鎖就是偏向鎖，也可以理解為偏向小明的鎖。
- 接下來(lái)，小紅又去上廁所，試圖將廁所的門鎖設(shè)置為偏向自己的偏向鎖，于是發(fā)現(xiàn)門鎖無(wú)法偏向自己，因?yàn)榇藭r(shí)門鎖已是偏向小明的偏向鎖。于是小紅很生氣，要求門鎖撤銷對(duì)小明的偏向，當(dāng)然，小明也不同意門鎖偏向小紅。于是等小明用完廁所之后，門鎖撤銷了對(duì)任何人的偏向(只要出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)的情況，就會(huì)撤銷偏向鎖)。這個(gè)過(guò)程就是撤銷偏向鎖。此時(shí)門鎖升級(jí)為輕量級(jí)鎖。
- 等小明出來(lái)以后，輕量級(jí)鎖正式生效 。下一次小明和小紅同時(shí)來(lái)廁所，誰(shuí)跑的快誰(shuí)先走到門前，開(kāi)門后將門鎖拿進(jìn)廁所，并將門鎖打開(kāi)以后拿進(jìn)廁所里，將門反鎖，于是在門外原來(lái)放門鎖的位置放置了一個(gè)有人的標(biāo)志(這個(gè)標(biāo)識(shí)可以理解為指向門鎖的指針，或者理解為作為鎖的Java對(duì)象頭的Mark Word值)，這時(shí)，小紅看到有人以后很著急，催著里面的人出來(lái)時(shí)馬上進(jìn)去，于是不斷的來(lái)敲門，問(wèn)小明什么時(shí)候出來(lái)。這個(gè)過(guò)程就是自旋。
- 反復(fù)敲了幾次以后，小明受不了了，對(duì)小紅喊話，說(shuō)你別敲了，等我用完廁所我告訴你，于是小紅去一邊等著(線性阻塞)。此時(shí)門鎖升級(jí)為重量級(jí)鎖。升級(jí)為重量級(jí)鎖的后果就是，小紅不再反復(fù)敲門，小明在上完廁所以后必須告訴小紅一聲，否則小紅就會(huì)一直等著。
結(jié)論：
偏向鎖在只有一個(gè)人上廁所時(shí)非常高效，省去了開(kāi)門的過(guò)程。輕量級(jí)鎖在有多人上廁所但是每個(gè)人使用的特別快的時(shí)候，比較高效，因?yàn)闀?huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，小紅敲門的時(shí)候正好趕上小明出來(lái)，這樣就省得小明出來(lái)告訴小紅以后小紅才能進(jìn)去，但是這樣可能會(huì)出現(xiàn)小紅敲門失敗的情況(就是敲門時(shí)小明還沒(méi)用完)。重量級(jí)鎖相比與輕量級(jí)鎖的多了一步小明呼喚小紅的步驟，但是卻省掉了小紅反復(fù)去敲門的過(guò)程，但是能保證小紅去廁所時(shí)廁所一定是沒(méi)人的。
偏向鎖
經(jīng)過(guò)HotSpot的作者大量的研究發(fā)現(xiàn)大多數(shù)時(shí)候是不存在鎖競(jìng)爭(zhēng)的，經(jīng)常是一個(gè)線程多次獲得同一個(gè)鎖，因此如果每次都要競(jìng)爭(zhēng)鎖會(huì)增大很多沒(méi)有必要付出的代價(jià)，為了降低獲取鎖的代價(jià)，才引入的偏向鎖。核心思想：
如果一個(gè)線程獲得了鎖，那么鎖就進(jìn)入偏向模式，此時(shí)Mark Word 的結(jié)構(gòu)也變?yōu)槠蜴i結(jié)構(gòu)，當(dāng)這個(gè)線程再次請(qǐng)求鎖時(shí)，無(wú)需再做任何同步操作，即獲取鎖的過(guò)程，這樣就省去了大量有關(guān)鎖申請(qǐng)的操作，從而也就提供程序的性能。所以，對(duì)于沒(méi)有鎖競(jìng)爭(zhēng)的場(chǎng)合，偏向鎖有很好的優(yōu)化效果，畢竟極有可能連續(xù)多次是同一個(gè)線程申請(qǐng)相同的鎖。但是對(duì)于鎖競(jìng)爭(zhēng)比較激烈的場(chǎng)合，偏向鎖就失效了，因?yàn)檫@樣場(chǎng)合極有可能每次申請(qǐng)鎖的線程都是不相同的，因此這種場(chǎng)合下不應(yīng)該使用偏向鎖，否則會(huì)得不償失，需要注意的是，偏向鎖失敗后，并不會(huì)立即膨脹為重量級(jí)鎖，而是先升級(jí)為輕量級(jí)鎖。
具體流程：當(dāng)線程1訪問(wèn)代碼塊并獲取鎖對(duì)象時(shí)，會(huì)在java對(duì)象頭和棧幀中記錄偏向的鎖的threadID，因?yàn)槠蜴i不會(huì)主動(dòng)釋放鎖，因此以后線程1再次獲取鎖的時(shí)候，需要比較當(dāng)前線程的threadID和Java對(duì)象頭中的threadID是否一致，如果一致(還是線程1獲取鎖對(duì)象)，則無(wú)需使用CAS來(lái)加鎖、解鎖;如果不一致(其他線程，如線程2要競(jìng)爭(zhēng)鎖對(duì)象，而偏向鎖不會(huì)主動(dòng)釋放因此還是存儲(chǔ)的線程1的threadID)，那么需要查看Java對(duì)象頭中記錄的線程1是否存活，如果沒(méi)有存活，那么鎖對(duì)象被重置為無(wú)鎖狀態(tài)，其它線程(線程2)可以競(jìng)爭(zhēng)將其設(shè)置為偏向鎖;如果存活，那么立刻查找該線程(線程1)的棧幀信息，如果還是需要繼續(xù)持有這個(gè)鎖對(duì)象，那么暫停當(dāng)前線程1，撤銷偏向鎖，升級(jí)為 輕量級(jí)鎖，如果線程1不再使用該鎖對(duì)象，那么將鎖對(duì)象狀態(tài)設(shè)為無(wú)鎖狀態(tài)，重新偏向新的線程。
輕量級(jí)鎖
輕量級(jí)鎖考慮的是競(jìng)爭(zhēng)鎖對(duì)象的線程不多，而且線程持有鎖的時(shí)間也不長(zhǎng)的情景。因?yàn)樽枞€程需要高昂的耗時(shí)實(shí)現(xiàn)CPU從用戶態(tài)轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài)的切換，如果剛剛阻塞不久這個(gè)鎖就被釋放了，那這個(gè)代價(jià)就有點(diǎn)得不償失了，因此這個(gè)時(shí)候就干脆不阻塞這個(gè)線程，讓它自旋這等待鎖釋放。
「原理跟升級(jí)」：線程1獲取輕量級(jí)鎖時(shí)會(huì)先把鎖對(duì)象的對(duì)象頭MarkWord復(fù)制一份到線程1的棧幀中創(chuàng)建的用于存儲(chǔ)鎖記錄的空間(稱為DisplacedMarkWord)，然后使用CAS把對(duì)象頭中的內(nèi)容替換為線程1存儲(chǔ)的鎖記錄(DisplacedMarkWord)的地址;
如果在線程1復(fù)制對(duì)象頭的同時(shí)(在線程1CAS之前)，線程2也準(zhǔn)備獲取鎖，復(fù)制了對(duì)象頭到線程2的鎖記錄空間中，但是在線程2CAS的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)線程1已經(jīng)把對(duì)象頭換了，「線程2的CAS失敗，那么線程2就嘗試使用自旋鎖來(lái)等待線程1釋放鎖」。自旋鎖簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是讓線程2在循環(huán)中不斷CAS嘗試獲得鎖對(duì)象。
但是如果自旋的「時(shí)間太長(zhǎng)」也不行，因?yàn)樽孕且腃PU的，因此「自旋的次數(shù)是有限制」的，比如10次或者100次，如果自旋次數(shù)到了線程1還沒(méi)有釋放鎖，或者線程1還在執(zhí)行，線程2還在自旋等待，那么這個(gè)時(shí)候輕量級(jí)鎖就會(huì)膨脹為重量級(jí)鎖。重量級(jí)鎖把除了擁有鎖的線程都阻塞，防止CPU空轉(zhuǎn)。
鎖消除
消除鎖是虛擬機(jī)另外一種鎖的優(yōu)化，這種優(yōu)化更徹底，Java虛擬機(jī)在JIT編譯時(shí)通過(guò)對(duì)運(yùn)行上下文的掃描，去除不可能存在共享資源競(jìng)爭(zhēng)的鎖，通過(guò)這種方式消，除沒(méi)有必要的鎖，可以節(jié)省毫無(wú)意義的請(qǐng)求鎖時(shí)間，我們知道StringBuffer是線程安全的，里面包含鎖的存在，但是如果我們?cè)诤瘮?shù)內(nèi)部使用StringBuffer那么代碼會(huì)在JIT后會(huì)自動(dòng)將鎖釋放掉哦。
對(duì)比如下：
| 鎖狀態(tài) | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) | 適用場(chǎng)景 |
|---|---|---|---|
| 偏向鎖 | 加鎖解鎖無(wú)需額外消耗，跟非同步方法時(shí)間相差納秒級(jí)別 | 如果競(jìng)爭(zhēng)線程多，會(huì)帶來(lái)額外的鎖撤銷的消耗 | 基本沒(méi)有其他線程競(jìng)爭(zhēng)的同步場(chǎng)景 |
| 輕量級(jí)鎖 | 競(jìng)爭(zhēng)的線程不會(huì)阻塞而是在自旋，可提高程序響應(yīng)速度 | 如果一直無(wú)法獲得會(huì)自旋消耗CPU | 少量線程競(jìng)爭(zhēng)，持有鎖時(shí)間不長(zhǎng)，追求響應(yīng)速度 |
| 重量級(jí)鎖 | 線程競(jìng)爭(zhēng)不會(huì)導(dǎo)致CPU自旋跟消耗CPU資源 | 線程阻塞，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng) | 很多線程競(jìng)爭(zhēng)鎖，切鎖持有時(shí)間長(zhǎng)，追求吞吐量時(shí)候 |
PS：ReentrantLock底層實(shí)現(xiàn)依賴于特殊的CPU指令，比如發(fā)送lock指令和unlock指令，不需要用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的切換，所以效率高。而synchronized底層由監(jiān)視器鎖(monitor)是依賴于底層的操作系統(tǒng)的Mutex Lock需要用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的切換，所以效率會(huì)低一些。
Reference
[1]管程:
https://www.zhihu.com/question/30641734
[2]monitor:
深入理解多線程（四）—— Moniter的實(shí)現(xiàn)原理
[3]比方:
https://blog.csdn.net/xyh930929/article/details/84571805
[4]unbelievableme:
https://www.cnblogs.com/kundeg/p/8422557.html
[5]頭條大佬講syn:
https://blog.csdn.net/javazejian/article/details/72828483
[6]阿里hollis將syn:
深入理解多線程（四）—— Moniter的實(shí)現(xiàn)原理
本文標(biāo)題：由淺入深逐步了解Synchronized
轉(zhuǎn)載源于：http://m.5511xx.com/article/ccdpops.html
