閱讀本文至少要知道 synchronized 用來是干什么的... 需要的前置知識還有 Java 對象頭和 Java 字節(jié)碼的部分知識。

synchronized 的使用

synchronized 有三種使用方式，三種方式鎖住的對象是不相同的。

鎖分為實例對象鎖和 class 對象鎖 和 類對象鎖，注意這三種鎖是不一樣的。

• 修飾實例方法，此時鎖住的是對象，鎖分為實例對象鎖
• 修飾靜態(tài)方法，此時鎖住的是類對象鎖
• 修飾代碼段，此時鎖住的是括號中的對象（synchronized(this)），可以是實例對象鎖或者 class 對象鎖（synchronized(Object.class)）

此時出現(xiàn)了鎖住類和鎖住對象，要注意這兩個鎖是不同的，在一個線程拿到類的鎖時，另外一個線程是可以拿到對象的鎖的。

synchronized 底層語義實現(xiàn)

每個對象都存在著一個 monitor 與之關聯(lián)，對象與其 monitor 之間的關系有存在多種實現(xiàn)方式，如 monitor 可以與對象一起創(chuàng)建銷毀或當線程試圖獲取對象鎖時自動生成，但當一個 monitor 被某個線程持有后，它便處于鎖定狀態(tài)。

當多個線程同時請求某個對象監(jiān)視器時，新請求鎖的線程將首先被加入到 ConetentionList 中。對象監(jiān)視器會設置幾種狀態(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

代碼同步塊和方法級別的 synchronized 使用在JVM 層實現(xiàn)是不一樣的。

synchrionized 在代碼同步塊的入口插入 monitorenter，在同步塊出口插入monitorexit 來實現(xiàn)互斥，可以通過反編譯看到。

方法級別的同步是隱式的，在字節(jié)碼層面上沒有顯示出來。JVM 可以從方法常量池中的方法表結構中的 ACC_SYNCHRONIZED 字段訪問標志區(qū)分一個方法是否為同步方法。如果是同步方法，則去獲取 monitor，然后執(zhí)行方法。
具體可以查看《深入理解 JVM 虛擬機》 中字節(jié)碼一章。

對 synchronized 的優(yōu)化

JDK 1.6 實現(xiàn)了對鎖的大量優(yōu)化。可以分為兩種，一種是減少對 synchronized 的使用，一種是在特殊條件下使用更輕量級的鎖來代替 synchronized。

減少對鎖的使用

鎖消除

當編譯器檢測到一些被加上 synchronized 的代碼不存在競爭的時候（通過逃逸分析，感興趣可以去看一下《深入理解 Java 虛擬機》），就會被視為線程私有的，鎖會被安全的消除掉。

鎖粗化

當編譯器發(fā)現(xiàn) synchronized 被加入在循環(huán)當中，不斷的加鎖解鎖會有極大的效率問題。不要認為你不會寫出這么傻的代碼，JDK 中有許多方法是同步的，比如 HashTable 中的一些方法。

for (int i = 0; i < 100; i++) {synchronized (this) {//do something} }

編譯器會自動把它優(yōu)化成

synchronized (this) {for (int i = 0; i < 100; i++) {//do something} }

來減少鎖的獲取和釋放。

自旋鎖與自適應鎖

有相當多一段代碼在代碼同步塊中只運行一小會兒，如果為了等待這一會兒去掛起和恢復線程，切換線程帶來的開銷不是很值得，在引入了自旋鎖后，當遇到鎖被別的線程占用的時候，這個線程就進入一段忙循環(huán)，這就是自旋。

但是如果多次忙循環(huán)后仍然獲取不到鎖，那么只能掛起線程將鎖升級為重量級鎖了。

自適應鎖會記錄之前在代碼同步快的運行時間來決定是否要執(zhí)行自旋以及自旋的時間，如果之前自旋成功過，那么這次也很有可能會自旋成功。如果之前自旋失敗，那么就省略掉自旋過程直接掛起線程避免浪費 CPU 資源。

通過輕量級鎖來代替 synchronized

輕量級鎖設計出來是想要在競爭較少的情況下減少 synchronized 的性能消耗，而不是用來代替 synchronized 的。想要看懂輕量級鎖的使用需要對 Java 對象頭有一定的了解。關于 Java 對象頭可以參考。好，接下來我就默認認為你懂 Mark Word 是什么了。

鎖的膨脹過程是 偏向鎖→輕量級鎖→重量級鎖，膨脹過程的單方向的。不能縮小回來。

下面是 Mark Word 的內容和鎖的關系。

存儲內容標志位狀態(tài)

對象哈希碼，對象分代年齡	01	未鎖定
指向記錄鎖指針	00	輕量級鎖定
指向重量級鎖指針	10	膨脹(重量級鎖定)
空	11	GC 標記
偏向線程 id，時間戳，分代年齡	01	可偏向

偏向鎖

偏向鎖的思想就是：鎖經(jīng)常被同一個線程重復獲取，那么可以通過設置偏向鎖來避免使用重量級鎖。因為如果這段時間只有這一個線程在重復獲取這個對象的鎖，那么對這部分代碼的同步就是無意義的。

當線程獲取鎖的時候發(fā)現(xiàn) Mark Word 是未鎖定的狀態(tài)，那么就采用 CAS 把這個 Mark Word 設置成偏向狀態(tài)，把這個線程的 id 設置進去，然后如果這個線程再次獲取這個鎖的時候發(fā)現(xiàn)這個偏向鎖的 id 和當前線程的 id 一樣則不需要同步直接運行。

當有另外一個線程嘗試獲取這個偏向鎖的時候，鎖會恢復到未鎖定或者輕量級鎖的狀態(tài)。

• 如果對象未被鎖定，則會變成未鎖定的，不可偏向的對象
• 如果對象被鎖定了，則會變成輕量級鎖狀態(tài)

如果大多數(shù)鎖總是被多個不同的線程訪問，那么偏向模式就是多余的，可以 采用 --XX:UseBiaseLocking 來禁止偏向鎖來提高性能。

輕量級鎖

當線程進入一個代碼同步塊的時候，虛擬機將使用 CAS 將 Mark Word 更新為指向 Lock Record 的指針。如果成功則線程擁有這個對象鎖，mark word 將被設為 00。

如果更新失敗，則檢查該線程是否持有這個對象鎖，如果已經(jīng)持有則直接向下執(zhí)行

如果沒有持有這個對象鎖則輕量級鎖膨脹為重量級鎖，鎖標志狀態(tài)變?yōu)?10。

參考文獻

• 周志明. 深入理解 Java 虛擬機 [M]. 機械工業(yè)出版社, 2011.
• 方騰飛.Java 并發(fā)編程的藝術 [M]. 機械工業(yè)出版社, 2015.
• 深入理解Java并發(fā)之synchronized實現(xiàn)原理
• [JVM底層又是如何實現(xiàn)synchronized的

轉載于:https://www.cnblogs.com/zjmeow/p/9818739.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的自顶向下彻底理解 Java 中的 Synchronized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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