Java并发编程总结（一）Syncronized解析

Syncronized解析

作用：

）确保线程互斥的访问同步代码

）保证共享变量的修改能够及时可见

）有效解决重排序问题。

用法：

）修饰普通方法（锁是当前实例对象）

）修饰静态方法（锁是当前对象的Class对象）

）修饰代码块（锁是Synchonized括号里配置的对象）

底层实现原理：

方法和代码块都是基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步，但两者的实现细节不一样。

(1)代码块同步是使用monitorenter和monitorexit指令实现，monitorenter指令是在编译后插入到同步代码块的开始位置，而monitorexit是插入到方法结束处和异常处

每个对象有一个监视器锁（monitor）。线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下：

，该线程即为monitor的所有者。

、如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1.

，再重新尝试获取monitor的所有权。

执行monitorexit的线程必须是锁对象所对应的monitor的所有者。

，那线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个
monitor 的所有权。

(2)方法同步是使用ACC_SYNCHRONIZED标示符实现的

相对于普通方法，常量池中多了ACC_SYNCHRONIZED标示符。当方法调用时，将会检查方法的
ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。在方法执行期间，其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。

讲jdk1.6锁优化前的前置知识

锁的状态保存在java对象头中，那对象头是什么？

块区域：对象头、实例数据、对齐补充。（jvm知识）

对象头结构如下：

CAS：Compare and Swap，比较并设置。用于在硬件层面上提供原子性操作。比较是否和给定的数值一致，如果一致则修改，不一致则不修改。

Synchronized在jdk1.6的优化

Synchronized是通过对象内部的一个叫做监视器锁（monitor）来实现的。但是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，这个成本非常高，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”。JDK中对Synchronized做的种种优化，其核心都是为了减少这种重量级锁的使用。JDK1.6以后，为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗，提高性能，引入了“轻量级锁”和“偏向锁”。

锁的状态总共有四种：

1.重量级锁（依赖操作系统的互斥锁）

2.轻量级锁（在无竞争的情况下使用CAS操作去消除同步使用的互斥量，默认开始就是这个）

3.偏向锁（在无竞争的情况下把整个同步都消除掉，连CAS操作都不做了）

4.无锁状态

随着锁的竞争，锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级的重量级锁（但是锁的升级是单向的，也就是说只能从低到高升级，不会出现锁的降级）

位的JDK为例：

无锁和重量级（操作系统的互斥锁）不用解释了，重点解释轻量级锁和偏向锁。

轻量级锁

时，膨胀为重量级锁。

轻量级锁解锁：轻量级解锁时，会使用原子的CAS操作来将栈帧中DisplacedMark Word替换回到对象头，如果成功，则表示没有竞争发生。如果失败，表示当前锁存在竞争，锁就会膨胀成重量级锁。

偏向锁

，偏向模式。

偏向锁加锁过程：

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

偏向锁的撤销：

当有另外一个线程去尝试获取这个锁时，偏向模式就宣告结束。 根据锁对象目前是否处于被锁定的状态，撤销偏向（Revoke Bias）后恢复到未锁定（标志位为“01”）或轻量级锁定（标志位为“00”）的状态，后续的同步操作就如上面介绍的轻量级锁那样执行

三种锁状态的总结

相关的扩展：

1.  Synchronized的语义底层是通过一个monitor的对象来完成，其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象，这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。

2.上文提到的偏向锁、轻量级锁都是jdk1.5到1.6的锁优化技术中的。锁优化技术还有如下：

适应性自旋：

互斥同步对性能最大的影响是阻塞的实现，因为挂起线程和恢复线程都是OS内核态完成的。那么使用自旋（即忙循环等待），不去阻塞地等待，这就是自旋锁技术。然而，自旋需要占用CPU时间，时间短还好，时间长了浪费性能，而适应性地根据同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者状态决定时间，就是适应性自旋技术。

锁消除：

即时编译期运行时，有些代码上的同步，被检测到不可能存在数据竞争的锁，进行消除。检测依据来源于逃逸分析技术。

锁粗化：

如果一个方法里有A、B、C三句代码，都分别进行了三次Synchronized(this)，其实没必要，反而增加了加锁解锁的消耗，这种情况会直接粗化为一个大Synchronized。

参考：

《深入理解Java虚拟机》

《Java并发编程艺术》

http://www.cnblogs.com/paddix/p/5405678.html

http://ifeve.com/java-synchronized/