java Synchronized的优化

Synchronized实现：

1. 若是synchronized关键字修饰代码块，编译后的代码以monitorenter和monitorexit包围起来
2. 若是synchronized修饰的方法，方法的flag中会有ACC_SYNCHRONIZED标记.方法执行时，若是flag中有ACC_SYNCHRONIZED时，会去争取monitor 每个对象都有一个监视器锁（monitor），当monitor被占用时标识对象已经被锁定了

java对象头

java对象在内存中的存储分为如下几部分

1. 对象头

2. 实例数据
3. 对其填充

重量级锁（多个线程共同竞争同一个临界区）

Synchronized是经过对象内部的一个叫作监视器锁（monitor）来实现的。可是监视器锁本质又是依赖于底层的操做系统的Mutex Lock来实现的。而操做系统实现线程之间的切换这就须要从用户态转换到核心态，这个成本很是高，状态之间的转换须要相对比较长的时间，这就是为何Synchronized效率低的缘由

临界区： 须要获取到对象监视器锁（monitor）才能执行的部分代码。

轻量级锁 (多个线程交替的进入临界区)

本意为线程交替执行临界区代码，并不存在竞争的状况，若是同一时间多个线程竞争访问同一个锁，轻量级锁会膨胀成重量级锁
由对象头的状况来看，当轻量级锁的状况下，对象头内存放的指向站内锁记录的指针

什么是锁记录:
1.轻量级锁，会在当前的线程栈中，分配一块名字叫Lock Record(锁记录)的空间，用于拷贝锁对象的mark word
2.当轻量级锁释放的时候，锁记录中的mark word会从新写会锁对象中。

轻量级锁的加锁过程

1. 在代码进入同步块的时候，若是同步对象锁状态为无锁状态（锁标志位为“01”状态，是否为偏向锁为“0”），虚拟机首先将在当前线程的栈帧中创建一个名为锁记录（Lock Record）的空间，用于存储锁对象目前的Mark Word的拷贝，官方称之为 Displaced Mark Word。这时候线程堆栈与对象头的状态如图2.1所示。
2. 拷贝对象头中的Mark Word复制到锁记录中。
3. 拷贝成功后，虚拟机将使用CAS操做尝试将对象的Mark Word更新为指向Lock Record的指针，并将Lock record里的owner指针指向object mark word。若是更新成功，则执行步骤4，不然执行步骤5。
4. 若是这个更新动做成功了，那么这个线程就拥有了该对象的锁，而且对象Mark Word的锁标志位设置为“00”，即表示此对象处于轻量级锁定状态，这时候线程堆栈与对象头的状态如图2.2所示。
5. 若是这个更新操做失败了，虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，若是是就说明当前线程已经拥有了这个对象的锁，那就能够直接进入同步块继续执行。不然说明多个线程竞争锁，轻量级锁就要膨胀为重量级锁，锁标志的状态值变为“10”，Mark Word中存储的就是指向重量级锁（互斥量）的指针，后面等待锁的线程也要进入阻塞状态。 而当前线程便尝试使用自旋来获取锁，自旋就是为了避免让线程阻塞，而采用循环去获取锁的过程。

加锁成功后：
1.对象头mark word 标记为00
2.锁记录是原先对象头中mark word的拷贝，而且锁记录中的owner执行对象头的mark word
3.对象头中原先mark word的内容是指向锁记录的指针

轻量级锁的解锁

1. 经过CAS操做尝试把线程中复制的Displaced Mark Word对象替换当前的Mark Word。
2. 若是替换成功，整个同步过程就完成了。
3. 若是替换失败，说明有其余线程尝试过获取该锁（此时锁已膨胀），那就要在释放锁的同时，唤醒被挂起的线程。

偏向锁(一个线程使用一把锁的状况)

若是只有一个线程竞争锁的状况下，jvm只须要使用偏向锁就能够了。由于偏向锁更加的高效，由上面的介绍能够看到，加轻量级锁时，会涉及到mark word内容的拷贝，以及多个cas操做。偏向锁更加的方便，只须要作一次cas 轻量级锁是为了在线程交替执行同步块时提升性能，而偏向锁则是在只有一个线程执行同步块时进一步提升性能。

偏向锁的加锁过程

1. 访问Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1，锁标志位是否为01——确认为可偏向状态(无锁和偏向锁时都是01)。
2. 若是为可偏向状态，则测试线程ID是否指向当前线程，若是是，进入步骤（5），不然进入步骤（3）。
3. 若是线程ID并未指向当前线程，则经过CAS操做竞争锁。若是竞争成功，则将Mark Word中线程ID设置为当前线程ID，而后执行（5）；若是竞争失败，执行（4）。
4. 若是CAS获取偏向锁失败，则表示有竞争。当到达全局安全点（safepoint）时得到偏向锁的线程被挂起，偏向锁升级为轻量级锁，而后被阻塞在安全点的线程继续往下执行同步代码。
5. 执行同步代码

偏向锁的释放

偏向锁不会主动释放，偏向锁只有遇到其余线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁。偏向锁的撤销，须要等待全局安全点（在这个时间点上没有字节码正在执行），它会首先暂停拥有偏向锁的线程，判断锁对象是否处于被锁定状态，撤销偏向锁后恢复到未锁定（标志位为“01”）或轻量级锁（标志位为“00”）的状态

概括(Synchronized的优化方式)：

上面介绍了重量级锁、轻量级锁、偏向锁，其实轻量级锁和偏向锁都是jvm对Synchronized的一个优化(当竞争还不是很紧张的时候，采用轻巧一点的办法)

其余的优化方式

固然jvm还有别的优化，好比：

轻量级锁膨胀成重量级锁时候的自旋

由于获取重量级锁时候，线程上下文切换会是效率低下的缘由之一。因此，在当前线程去竞争重量级锁时，使用自旋的方式，不放弃cpu资源,若是能在自旋期间获取到了锁也是减小了线程上下文的切换。

因为获取到锁的时间不肯定性，因此jvm对锁自旋的时间采用了自适应的方式。即：若是上次在自旋期间获取到锁了，那么此次自旋的时间的适当加长，若是上次没有在自旋期间加到锁，那么此次自旋的时间适当减短。

锁粗化

将多个连续在一次的加锁解锁操做合并成一个大的锁操做

锁消除

锁消除即删除没必要要的加锁操做。根据代码逃逸技术，若是判断到一段代码中，堆上的数据不会逃逸出当前线程，那么能够认为这段代码是线程安全的，没必要要加锁

参考资料：

www.cnblogs.com/paddix/p/54… www.zhihu.com/question/53…