Java并发之synchronized

Java多线程同步关键词是常用的多线程同步手段。它可以修饰静态类方法，实例方法，或代码块。修饰static静态方法时是对整个类加锁。

一、实现原理

在JVM中对象内存分三块区域，对象头、实例数据、对齐填充数据。Java对象头是实现synchronize锁对象的基础，它使用的锁对象就是存储在Java对象头里。JVM中用2个字节存储对象头，主要结构是由Mark Word和Class Metadata Address 组成，前者MarkWord里存储对象的hashcode、锁信息、分代年龄、GC标志等信息，后者存放类型指针，指向对象的类元数据。

从字节码可知synchronized代码块的实现用的是mmonitorenter和monitorexit指令，synchronized方法同步是隐式同步，JVM从方法常量池中的方法表结构中的ACC_SYNCHRONIZED访问标志区分一个方法是否是同步方法。

二、JVM锁优化

JAVA6后JVM对同步关键词进行优化，引入偏向锁、自旋锁、轻量级锁等概念。对象头中锁状态有无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。

JVM在JIT编译时通过上下文扫描，会去除不可能存在共享资源竞争的锁，减少没必要的请求锁时间，比如方法内StringBuffer对象调用append时，JVM会自动将其消除。

JAVA6 默认引入了偏向锁，如果一个线程获取了锁，则锁就进入偏向模式，此时Mark Word的结构也从无锁状态变为偏向锁结构，当这个线程再请求锁时无需做申请锁等相关操作。如果每次申请锁的线程都不相同则不应该用偏向锁。

偏向锁失败后会先升级为轻量级锁，此时对象头Mark Word结构变为轻量级锁结构，适应线程交替执行同步块的场合，轻量级锁使用的依据是“对大部分锁，在整个同步周期内都不存在竞争”。如果存在同一时间访问同一锁的情况，轻量级锁就会失败。

轻量级锁失败后虚拟机为了避免线程真实的在操作系统层面挂起，会进行自旋锁优化手段。它基于大多数情况下线程持有锁的时间都不会太长，JVM让想要获取锁的线程做一会儿空循环如果得到锁就进入临界区，如果失败就在操作层面挂起，升级为重量级锁。

深入理解Java并发之synchronized实现原理