Java面試的時(shí)候經(jīng)常會(huì)被問到Java多線程相關(guān)的問題，尤其喜歡問：
synchronized的底層實(shí)現(xiàn)原理
synchronized鎖與JVM的關(guān)系
synchronized的鎖升級(jí)順序
synchronized的鎖優(yōu)劣勢(shì)與應(yīng)用場(chǎng)景
今天主要分享以上內(nèi)容，詳解synchronized的底層實(shí)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(shí)刻， 被修飾的代碼塊或方法只會(huì)有一個(gè)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(shí)例方法：作用于當(dāng)前實(shí)例加鎖
修飾靜態(tài)方法：作用于當(dāng)前類對(duì)象加鎖
修飾代碼塊：指定加鎖對(duì)象，對(duì)給定對(duì)象加鎖
2.synchronized的代碼范例
Synchronized的底層實(shí)現(xiàn)
synchronized的底層實(shí)現(xiàn)是完全依賴與JVM虛擬機(jī)的。
所以談synchronized的底層實(shí)現(xiàn)，就不得不談數(shù)據(jù)在JVM內(nèi)存的存儲(chǔ)：Java對(duì)象頭，以及Monitor對(duì)象監(jiān)視器。
1.Java對(duì)象頭
在JVM虛擬機(jī)中，對(duì)象在內(nèi)存中的存儲(chǔ)布局，可以分為三個(gè)區(qū)域:
對(duì)象頭(Header)
實(shí)例數(shù)據(jù)(Instance Data)
對(duì)齊填充(Padding)
Java對(duì)象頭主要包括兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：
類型指針(Mark Word)：是對(duì)象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過這個(gè)指針來確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例;
標(biāo)記字段(Klass Pointer)：用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)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(shí)間戳等等,它是實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)鎖和偏向鎖的關(guān)鍵.
2.Java鎖對(duì)象存儲(chǔ)位置
所以，很明顯synchronized使用的鎖對(duì)象是存儲(chǔ)在Java對(duì)象頭里的標(biāo)記字段里。
3.Monitor
synchronized的對(duì)象鎖，其指針指向的是一個(gè)monitor對(duì)象(由C++實(shí)現(xiàn))的起始地址。每個(gè)對(duì)象實(shí)例都會(huì)有一個(gè) monitor。
Monitor描述為對(duì)象監(jiān)視器,可以類比為一個(gè)特殊的房間，這個(gè)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(gè)線程能進(jìn)入這個(gè)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(shí)，主要就是通過鎖對(duì)象的monitor的取用與釋放來實(shí)現(xiàn)的。
4.線程狀態(tài)流轉(zhuǎn)
當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)請(qǐng)求某個(gè)monitor時(shí)，monitor會(huì)設(shè)置幾種狀態(tài)用來區(qū)分請(qǐng)求的線程：
Contention List：所有請(qǐng)求鎖的線程將被首先放置到該競(jìng)爭(zhēng)隊(duì)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(shí)刻最多只能有一個(gè)線程正在競(jìng)爭(zhēng)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(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系
Synchronized 鎖的升級(jí)
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(jī)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(jìng)爭(zhēng)，而且總是由同一個(gè)線程多次獲得。所以基于這樣一個(gè)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(jí)鎖、自旋鎖、重量級(jí)鎖，鎖的狀態(tài)根據(jù)競(jìng)爭(zhēng)激烈的程度從低到高不斷升級(jí)。
1.偏向鎖
偏向鎖是JDK6中引入的一項(xiàng)鎖優(yōu)化，大多數(shù)情況下，鎖不僅不存在多線程競(jìng)爭(zhēng)，而且總是由同一線程多次獲得，為了讓線程獲得鎖的代價(jià)更低而引入了偏向鎖。
偏向鎖會(huì)偏向于第一個(gè)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(jí)鎖
如果明顯存在其它線程申請(qǐng)鎖，那么偏向鎖將很快升級(jí)為輕量級(jí)鎖。
3.自旋鎖
自旋鎖原理非常簡(jiǎn)單，如果持有鎖的線程能在很短時(shí)間內(nèi)釋放鎖資源，那么那些等待競(jìng)爭(zhēng)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(jí)鎖
指的是原始的Synchronized的實(shí)現(xiàn)，重量級(jí)鎖的特點(diǎn)：其他線程試圖獲取鎖時(shí)，都會(huì)被阻塞，只有持有鎖的線程釋放鎖之后才會(huì)喚醒這些線程。
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