Java架构师-深刻详解Synchronized同步锁的底层实现

谈到多线程就不得不谈到Synchronized，不少同窗只会使用，缺不是很明白整个Synchronized的底层实现原理，这也是面试常常被问到的环节,好比：

synchronized的底层实现原理

synchronized锁与JVM的实现

synchronized锁升级顺序

synchronized锁的优劣势与应用场景

今天主要分享以上内容，详解synchronized的底层实现，

小编最近将收集的Java程序员进阶架构师的资料作了一些整理（以下图），免费分享给每一位学习Java的朋友。须要的能够进群：529722406

Synchronized synchronized 翻译为中文的意思是同步，也称之为”同步锁“。

synchronized的做用是保证在同一时刻， 被修饰的代码块或方法只会有一个线程执行，以达到保证并发安全的效果。

Synchronized的使用

1.synchronized的3种使用方式

修饰实例方法：做用于当前实例加锁

修饰静态方法：做用于当前类对象加锁

修饰代码块：指定加锁对象，对给定对象加锁

2.synchronized的代码范例

Synchronized的底层实现

synchronized的底层实现是彻底依赖与JVM虚拟机的。

因此谈synchronized的底层实现，就不得不谈数据在JVM内存的存储：Java对象头，以及Monitor对象监视器。

1.Java对象头

在JVM虚拟机中，对象在内存中的存储布局，能够分为三个区域:

对象头(Header)

实例数据(Instance Data)

对齐填充(Padding)

Java对象头主要包括两部分数据：

类型指针（Mark Word）：是对象指向它的类元数据的指针，虚拟机经过这个指针来肯定这个对象是哪一个类的实例;

标记字段(Klass Pointer)：用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID、偏向时间戳等等,它是实现轻量级锁和偏向锁的关键.

2.Java锁对象存储位置

因此，很明显synchronized使用的锁对象是存储在Java对象头里的标记字段里。

3.Monitor

synchronized的对象锁，其指针指向的是一个monitor对象（由C++实现）的起始地址。每一个对象实例都会有一个 monitor。

Monitor描述为对象监视器,能够类比为一个特殊的房间，这个房间中有一些被保护的数据，Monitor保证每次只能有一个线程能进入这个房间进行访问被保护的数据，进入房间即为持有Monitor，退出房间即为释放Monitor。

使用syncrhoized加锁的同步代码块在字节码引擎中执行时，主要就是经过锁对象的monitor的取用与释放来实现的。

4.线程状态流转在Monitor上体现

描述为对象监视器，当多个线程同时请求某个对象监视器时，对象监视器会设置几种状态用来区分请求的线程：

Contention List：全部请求锁的线程将被首先放置到该竞争队列

Entry List：Contention List中那些有资格成为候选人的线程被移到Entry List

Wait Set：那些调用wait方法被阻塞的线程被放置到Wait Set

OnDeck：任什么时候刻最多只能有一个线程正在竞争锁，该线程称为OnDeck

Owner：得到锁的线程称为Owner

!Owner：释放锁的线程

下图反映了个状态转换关系

Synchronized 锁的升级顺序

锁解决了数据的安全性，可是一样带来了性能的降低。hotspot 虚拟机的做者通过调查发现，大部分状况下，加锁的代码不只仅不存在多线程竞争，并且老是由同一个线程屡次得到。因此基于这样一个几率。

synchronized 在JDK1.6 以后作了一些优化，为了减小得到锁和释放锁来的性能开销，引入了偏向锁、轻量级锁、自旋锁、重量级锁，锁的状态根据竞争激烈的程度从低到高不断升级。

1.偏向锁

偏向锁是JDK6中引入的一项锁优化，大多数状况下，锁不只不存在多线程竞争，并且老是由同一线程屡次得到，为了让线程得到锁的代价更低而引入了偏向锁。

偏向锁会偏向于第一个得到它的线程，若是在接下来的执行过程当中，该锁没有被其余的线程获取，则持有偏向锁的线程将永远不须要同步。

2.轻量级锁

若是明显存在其它线程申请锁，那么偏向锁将很快升级为轻量级锁。

3.自旋锁

自旋锁原理很是简单，若是持有锁的线程能在很短期内释放锁资源，那么那些等待竞争锁的线程就不须要作内核态和用户态之间的切换进入阻塞挂起状态，它们只须要等一等（自旋），等持有锁的线程释放锁后便可当即获取锁，这样就避免用户线程和内核的切换的消耗。

4.重量级锁

指的是原始的Synchronized的实现，重量级锁的特色：其余线程试图获取锁时，都会被阻塞，只有持有锁的线程释放锁以后才会唤醒这些线程。

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偏向锁、轻量级锁、重量级锁优劣势比较