談到多線程就不得不談到Synchronized，很多同學只會使用，缺不是很明白整個Synchronized的底層實現原理，這也是面試經常被問到的環節,比如：

synchronized的底層實現原理

synchronized鎖與JVM的實現

synchronized鎖升級順序

synchronized鎖的優劣勢與應用場景

今天主要分享以上內容，詳解synchronized的底層實現，多線程相關的可以參考：

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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行，以達到保證并發安全的效果。

Synchronized的使用

1.synchronized的3種使用方式

• 修飾實例方法：作用于當前實例加鎖
• 修飾靜態方法：作用于當前類對象加鎖
• 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

synchronized的底層實現是完全依賴與JVM虛擬機的。

所以談synchronized的底層實現，就不得不談數據在JVM內存的存儲：Java對象頭，以及Monitor對象監視器。

1.Java對象頭

在JVM虛擬機中，對象在內存中的存儲布局，可以分為三個區域:

• 對象頭（Header）
• 實例數據（Instance Data）
• 對齊填充（Padding）

Java對象頭主要包括兩部分數據：

• 類型指針（Klass Pointer）：是對象指向它的類元數據的指針，虛擬機通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例;
• 標記字段（Mark Word）：用于存儲對象自身的運行時數據，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態標志、線程持有的鎖、偏向線程 ID、偏向時間戳等等,它是實現輕量級鎖和偏向鎖的關鍵.

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）的起始地址。每個對象實例都會有一個 monitor。

Monitor描述為對象監視器,可以類比為一個特殊的房間，這個房間中有一些被保護的數據，Monitor保證每次只能有一個線程能進入這個房間進行訪問被保護的數據，進入房間即為持有Monitor，退出房間即為釋放Monitor。

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

4.線程狀態流轉在Monitor上體現

描述為對象監視器，當多個線程同時請求某個對象監視器時，對象監視器會設置幾種狀態用來區分請求的線程：

• 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

下圖反映了個狀態轉換關系

Synchronized 鎖的升級順序

鎖解決了數據的安全性，但是同樣帶來了性能的下降。hotspot 虛擬機的作者經過調查發現，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，鎖的狀態根據競爭激烈的程度從低到高不斷升級。

1.偏向鎖

偏向鎖是JDK6中引入的一項鎖優化，大多數情況下，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釋放鎖資源，那么那些等待競爭鎖的線程就不需要做內核態和用戶態之間的切換進入阻塞掛起狀態，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核的切換的消耗。

4.重量級鎖

指的是原始的Synchronized的實現，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、重量級鎖優劣勢比較

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總結

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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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