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synchronized的三種應(yīng)用方式

一. 修飾實例方法，作用于當(dāng)前實例加鎖，進入同步代碼前要獲得當(dāng)前實例的鎖。

二. 修飾靜態(tài)方法，作用于當(dāng)前類對象加鎖，進入同步代碼前要獲得當(dāng)前類對象的鎖。

三. 修飾代碼塊，指定加鎖對象，對給定對象加鎖，進入同步代碼庫前要獲得給定對象。

synchronized的字節(jié)碼指令

　　synchronized同步塊使用了monitorenter和monitorexit指令實現(xiàn)同步，這兩個指令，本質(zhì)上都是對一個對象的監(jiān)視器(monitor)進行獲取，這個過程是排他的，也就是說同一時刻只能有一個線程獲取到由synchronized所保護對象的監(jiān)視器。

　　線程執(zhí)行到monitorenter指令時，會嘗試獲取對象所對應(yīng)的monitor所有權(quán)，也就是嘗試獲取對象的鎖，而執(zhí)行monitorexit，就是釋放monitor的所有權(quán)。

synchronized的鎖的原理

　　兩個重要的概念：一個是對象頭，另一個是monitor。

Java對象頭

　　在Hotspot虛擬機中，對象在內(nèi)存中的布局分為三塊區(qū)域：對象頭（Mark Word、Class Metadata Address）、實例數(shù)據(jù)和對齊填充；Java對象頭是實現(xiàn)synchronized的鎖對象的基礎(chǔ)。一般而言，synchronized使用的鎖對象是存儲在Java對象頭里。它是輕量級鎖和偏向鎖的關(guān)鍵。

Mark Word

　　Mark Word用于存儲對象自身的運行時數(shù)據(jù)，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標志、線程持有的
鎖、偏向線程 ID、偏向時間戳等等。Java對象頭一般占有兩個機器碼（在32位虛擬機中，1個機器碼等于4字節(jié)，
也就是32bit）。

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Class Metadata Address

　　類型指針，即是對象指向它的類的元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例。

Array length

如果對象是一個Java數(shù)組，那在對象頭中還必須有一塊用于記錄數(shù)組長度的數(shù)據(jù)。

Monitor

　　Monitor是一個同步工具，它內(nèi)置于每一個Object對象中，相當(dāng)于一個許可證。拿到許可證即可以進行操作，沒有拿到則需要阻塞等待。

　　在hotspot虛擬機中，通過ObjectMonitor類來實現(xiàn)monitor。

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synchronized鎖的優(yōu)化

　　jdk1.6以后對synchronized的鎖進行了優(yōu)化，引入了偏向鎖、輕量級鎖，鎖的級別從低到高逐步升級：?

　　無鎖->偏向鎖->輕量級鎖->重量級鎖

自旋鎖與自適應(yīng)自旋

　　線程的掛起和恢復(fù)會極大的影響開銷。并且jdk官方人員發(fā)現(xiàn)，很多線程在等待鎖的時候，在很短的一段時間就獲得了鎖，所以它們在線程等待的時候，并不需要把線程掛起，而是讓他無目的的循環(huán)，一般設(shè)置10次。這樣就避免了線程切換的開銷，極大的提升了性能。

而適應(yīng)性自旋，是賦予了自旋一種學(xué)習(xí)能力，它并不固定自旋10次一下。他可以根據(jù)它前面線程的自旋情況，從而調(diào)整它的自旋，甚至是不經(jīng)過自旋而直接掛起。

鎖消除

　　對不會存在線程安全的鎖進行消除。

鎖粗化

　　如果jvm檢測到有一串零碎的操作都對同一個對象加鎖，將會把鎖粗化到整個操作外部，如循環(huán)體。

偏向鎖

　　多數(shù)情況下，鎖不僅不存在多線程競爭，而且總是由同一線程多次獲得，為了讓其獲得鎖的代價更低而引入了偏向鎖。

　　當(dāng)一個線程訪問同步塊并獲取鎖時，會在對象頭和棧幀中的鎖記錄里存儲鎖偏向的線程ID，以后該線程在進入和退出同步塊時不需要進行CAS操作來加鎖和解鎖，只需簡單地測試一下對象頭的Mark Word里是否存儲著指向當(dāng)前線程的偏向鎖。

　　如果測試成功，表示線程已經(jīng)獲得了鎖。

　　如果測試失敗，則需要再測試一下Mark Word中偏向鎖的標識是否設(shè)置成01（表示當(dāng)前是偏向鎖）。

　　如果沒有設(shè)置，則使用CAS競爭鎖。

　　如果設(shè)置了，則嘗試使用CAS將對象頭的偏向鎖指向當(dāng)前線程。

輕量級鎖

　　引入輕量級鎖的主要目的是在多線程競爭不激烈的情況下，通過CAS競爭鎖，減少傳統(tǒng)的重量級鎖使用操作系統(tǒng)互斥量產(chǎn)生的性能消耗。

重量級鎖

　　重量級鎖通過對象內(nèi)部的監(jiān)視器（monitor）實現(xiàn)，其中monitor的本質(zhì)是依賴于底層操作系統(tǒng)的Mutex Lock實現(xiàn)，操作系統(tǒng)實現(xiàn)線程之間的切換需要從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換，切換成本非常高。

鎖升級

　　偏向鎖升級輕量級鎖：當(dāng)一個對象持有偏向鎖，一旦第二個線程訪問這個對象，如果產(chǎn)生競爭，偏向鎖升級為輕量級鎖。

　　輕量級鎖升級重量級鎖：一般兩個線程對于同一個鎖的操作都會錯開，或者說稍微等待一下（自旋），另一個線程就會釋放鎖。但是當(dāng)自旋超過一定的次數(shù)，或者一個線程在持有鎖，一個在自旋，又有第三個來訪時，輕量級鎖膨脹為重量級鎖，重量級鎖使除了擁有鎖的線程以外的線程都阻塞，防止CPU空轉(zhuǎn)。

wait和notify的原理

　　調(diào)用wait方法，首先會獲取監(jiān)視器鎖，獲得成功以后，會讓當(dāng)前線程進入等待狀態(tài)進入等待隊列并且釋放鎖。

　　當(dāng)其他線程調(diào)用notify后，會選擇從等待隊列中喚醒任意一個線程，而執(zhí)行完notify方法以后，并不會立馬喚醒線程，原因是當(dāng)前的線程仍然持有這把鎖，處于等待狀態(tài)的線程無法獲得鎖。必須要等到當(dāng)前的線程執(zhí)行完按monitorexit指令以后，也就是鎖被釋放以后，處于等待隊列中的線程就可以開始競爭鎖了。

wait和notify為什么需要在synchronized里面？

　　wait方法的語義有兩個，一個是釋放當(dāng)前的對象鎖、另一個是使得當(dāng)前線程進入阻塞隊列，而這些操作都和監(jiān)視器是相關(guān)的，所以wait必須要獲得一個監(jiān)視器鎖。

而對于notify來說也是一樣，它是喚醒一個線程，既然要去喚醒，首先得知道它在哪里，所以就必須要找到這個對象獲取到這個對象的鎖，然后到這個對象的等待隊列中去喚醒一個線程。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的synchronize原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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