Java面試的時候經(jīng)常會被問到Java多線程相關(guān)的問題，尤其喜歡問：
synchronized的底層實現(xiàn)原理
synchronized鎖與JVM的關(guān)系
synchronized的鎖升級順序
synchronized的鎖優(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)。
Synchronized(同步鎖)
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：作用于當前實例加鎖
修飾靜態(tài)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(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數(shù)據(jù)：
類型指針(Mark Word)：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;
標記字段(Klass Pointer)：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,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的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，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(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)
當多個線程同時請求某個monitor時，monitor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
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。
以上就是長沙一度軟件培訓(xùn)Java培訓(xùn)機構(gòu)小編介紹的“Java培訓(xùn)教程：Java多線程詳解之Synchronized的底層實現(xiàn)”的內(nèi)容，希望對大家有幫助，如有疑問，請在線咨詢，有專業(yè)老師隨時為你服務(wù)。
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