synchronized原理学习笔记

synchronized 是Java并发编程中很是重要的角色，这里简单记录对于其原理的学习

基础内容

• synchronized 具备互斥性，能够保证只有一个线程能够访问同步块

• synchronized 修饰普通方法，锁为当前实例对象

• synchronized 修饰静态方法，锁为当前类的Class对象

• synchronized 修饰同步方法块，锁为代码块括号中填写的对象

指令实现

• 同步代码块经过monitorenter和monitorexit两条指令控制同步代码块的访问
• 同步方法经过设置ACC_SYNCHRONIZED标志符控制（也能够经过上述两条指令来实现）

全部Java对象都会有一个monitor，当monitor被持有后，对象就处于锁定状态。当执行到monitorenter指令时，线程会尝试获取对象的monitor，而执行monitorexit后会释放对象的monitor

Java SE 1.6为了下降锁的获取、释放形成的性能损耗，增长了偏向锁、轻量级锁。锁的级别由高到低依次为无锁状态、偏向锁、轻量级锁、重量级锁，锁能够升级，但不能够降级

偏向锁

内容

锁由同一线程屡次获取时，会在对象头中记录线程ID，并在以后对同步块的访问时，不须要进行CAS操做来加锁、解锁。

Mark Word状态

Mark Word记录于对象头，存储对象的hashcode或锁信息

这里补充无锁状态的Mark Word状态

锁状态	hashcode	分代年龄	是否偏向锁	锁标志位
无锁状态	对象的hashcode	对象分代年龄	0	01

偏向锁状态的Mark Word状态

锁状态	Thread ID	epoch	分代年龄	是否偏向锁	锁标志位
偏向锁	记录指向的线程id	epoch	对象分代年龄	1	01

加锁与解锁

轻量级锁

内容

轻量级锁是经过自旋实现非阻塞同步，属于乐观锁，能够膨胀为重量级锁

Mark Word状态

锁状态	记录	锁标志位
轻量级锁	指向栈中锁记录的指针	00

加锁与解锁

加锁

解锁

重量级锁

内容

锁升级为重量级锁后，其余试图获取锁的线程均会被阻塞，等待持有锁的线程释放锁后，被唤醒的线程会开始竞争获取锁。

重量级锁是一种互斥锁，其依赖于对象内部的monitor锁实现，在操做系统层面是经过MutexLock实现的。虽然在阻塞时不须要耗费CPU资源，可是线程从阻塞状态唤醒须要操做系统完成状态转换（用户态到内核态），耗时较长。

Mark Word状态

锁状态	记录	锁标志位
重量级锁	指向互斥量（重量级锁）的指针	10

比较

对比表参考《Java并发编程的艺术》

锁	优势	缺点	适用场景
偏向锁	加锁和解锁不须要额外的消耗，和执行非同步方法相比仅存在纳秒级的差距	若是线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗	适用于只有一个线程访问同步块的场景
轻量级锁	非阻塞同步，提升程序响应速度	自旋消耗CPU资源	追求响应时间，同步方法执行速度较快
重量级锁	线程阻塞时不须要消耗CPU	线程阻塞，响应时间缓慢	追求吞吐量，同步块执行时间较长

参考文章

1. 《Java并发编程的艺术》2.2 synchronized的实现原理与应用
2. 线程安全(上)--完全搞懂synchronized(从偏向锁到重量级锁)
3. Java并发编程：Synchronized底层优化（偏向锁、轻量级锁）

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