談到多線程就不得不談到Synchronized，很多同學(xué)只會使用，缺不是很明白整個Synchronized的底層實現(xiàn)原理，這也是面試經(jīng)常被問到的環(huán)節(jié),比如：

synchronized的底層實現(xiàn)原理

synchronized鎖與JVM的實現(xiàn)

synchronized鎖升級順序

synchronized鎖的優(yōu)劣勢與應(yīng)用場景

今天主要分享以上內(nèi)容，詳解synchronized的底層實現(xiàn)，多線程相關(guān)的可以參考：

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Synchronized

synchronized 翻譯為中文的意思是同步，也稱之為”同步鎖“。

synchronized的作用是保證在同一時刻，?被修飾的代碼塊或方法只會有一個線程執(zhí)行，以達(dá)到保證并發(fā)安全的效果。

Synchronized的使用

1.synchronized的3種使用方式

• 修飾實例方法：作用于當(dāng)前實例加鎖
• 修飾靜態(tài)方法：作用于當(dāng)前類對象加鎖
• 修飾代碼塊：指定加鎖對象，對給定對象加鎖

2.synchronized的代碼范例

Synchronized的底層實現(xiàn)

synchronized的底層實現(xiàn)是完全依賴與JVM虛擬機的。

所以談synchronized的底層實現(xiàn)，就不得不談數(shù)據(jù)在JVM內(nèi)存的存儲：Java對象頭，以及Monitor對象監(jiān)視器。

1.Java對象頭

在JVM虛擬機中，對象在內(nèi)存中的存儲布局，可以分為三個區(qū)域:

• 對象頭（Header）
• 實例數(shù)據(jù)（Instance Data）
• 對齊填充（Padding）

Java對象頭主要包括兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：

• 類型指針（Klass Pointer）：是對象指向它的類元數(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;
• 標(biāo)記字段（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(biāo)志、線程持有的鎖、偏向線程 ID、偏向時間戳等等,它是實現(xiàn)輕量級鎖和偏向鎖的關(guān)鍵.

2.Java鎖對象存儲位置

所以，很明顯synchronized使用的鎖對象是存儲在Java對象頭里的標(biāo)記字段里。

3.Monitor

synchronized的對象鎖，其指針指向的是一個monitor對象（由C++實現(xiàn)）的起始地址。每個對象實例都會有一個 monitor。

Monitor描述為對象監(jiān)視器,可以類比為一個特殊的房間，這個房間中有一些被保護(hù)的數(shù)據(jù)，Monitor保證每次只能有一個線程能進(jìn)入這個房間進(jìn)行訪問被保護(hù)的數(shù)據(jù)，進(jìn)入房間即為持有Monitor，退出房間即為釋放Monitor。

使用syncrhoized加鎖的同步代碼塊在字節(jié)碼引擎中執(zhí)行時，主要就是通過鎖對象的monitor的取用與釋放來實現(xiàn)的。

4.線程狀態(tài)流轉(zhuǎn)在Monitor上體現(xiàn)

描述為對象監(jiān)視器，當(dāng)多個線程同時請求某個對象監(jiān)視器時，對象監(jiān)視器會設(shè)置幾種狀態(tài)用來區(qū)分請求的線程：

• Contention List：所有請求鎖的線程將被首先放置到該競爭隊列
• Entry List：Contention List中那些有資格成為候選人的線程被移到Entry List
• Wait Set：那些調(diào)用wait方法被阻塞的線程被放置到Wait Set
• OnDeck：任何時刻最多只能有一個線程正在競爭鎖，該線程稱為OnDeck
• Owner：獲得鎖的線程稱為Owner
• !Owner：釋放鎖的線程

下圖反映了個狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系

Synchronized 鎖的升級順序

鎖解決了數(shù)據(jù)的安全性，但是同樣帶來了性能的下降。hotspot 虛擬機的作者經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分情況下，加鎖的代碼不僅僅不存在多線程競爭，而且總是由同一個線程多次獲得。所以基于這樣一個概率。

synchronized 在JDK1.6 之后做了一些優(yōu)化，為了減少獲得鎖和釋放鎖來的性能開銷，引入了偏向鎖、輕量級鎖、自旋鎖、重量級鎖，鎖的狀態(tài)根據(jù)競爭激烈的程度從低到高不斷升級。

1.偏向鎖

偏向鎖是JDK6中引入的一項鎖優(yōu)化，大多數(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，為了讓線程獲得鎖的代價更低而引入了偏向鎖。

偏向鎖會偏向于第一個獲得它的線程，如果在接下來的執(zhí)行過程中，該鎖沒有被其他的線程獲取，則持有偏向鎖的線程將永遠(yuǎn)不需要同步。

2.輕量級鎖

如果明顯存在其它線程申請鎖，那么偏向鎖將很快升級為輕量級鎖。

3.自旋鎖

自旋鎖原理非常簡單，如果持有鎖的線程能在很短時間內(nèi)釋放鎖資源，那么那些等待競爭鎖的線程就不需要做內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)之間的切換進(jìn)入阻塞掛起狀態(tài)，它們只需要等一等（自旋），等持有鎖的線程釋放鎖后即可立即獲取鎖，這樣就避免用戶線程和內(nèi)核的切換的消耗。

4.重量級鎖

指的是原始的Synchronized的實現(xiàn)，重量級鎖的特點：其他線程試圖獲取鎖時，都會被阻塞，只有持有鎖的線程釋放鎖之后才會喚醒這些線程。

偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖優(yōu)劣勢比較

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java多线程系列(六)：深入详解Synchronized同步锁的底层实现的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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