Synchronized底层实现，锁升级的具体过程

Synchronized底层实现，锁升级的具体过程 锁的各种概念

1. 自旋锁：是指当一个线程在获取锁的时候，如果锁已经被其他线程获取，那么该线程将循环等待，然后不断的判断锁是否能够成功获取，直到获取到锁才会退出循环。

2. 乐观锁：假定没有冲突，在修改数据时如果发现数据和之前获取的不一致，则读最新数据，重试修改。

3. 悲观锁：假定会发生并发冲突，同步所有对数据的相关 *** 作，从读数据就开始上锁。

4. 独享锁(写)：给资源加上写锁，线程可以修改资源，其他线程不能再加锁;（单写）

5. 共享锁(读)：给资源加上读锁后只能读不能修改，其他线程也只能加读锁，不能加写锁;(多读)

6. 可重入锁、不可重入锁：线程拿到一把锁之后，可以自由进入同一把锁所同步的其他代码。

7. 公平锁、非公平锁：争抢锁的顺序，如果是按先来的先抢到，则为公平。

synchronized 为何jdk1.6后synchronized效率高

在Java早期版本中，synchronized属于重量级锁，效率低下，因为 *** 作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到核心态，这个状态之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较高。

庆幸的是在jdk1.6之后Java官方对从JVM层面对synchronized较大优化，所以现在的synchronized锁效率也优化得很不错了，Jdk1.6之后，为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗，引入了偏向锁和轻量级锁。

特性

可重入、独占、悲观

锁消除

锁消除是发生在编译器级别的一种锁优化方式。有时候我们写的代码完全不需要加锁，却执行了加锁 *** 作。比如，StringBuffer类的append *** 作：

@Override
public synchronized StringBuffer append(String str) {
    toStringCache = null;
    super.append(str);
    return this;
}

从源码中可以看出，append方法用了synchronized关键词，它是线程安全的。但我们可能仅在线程内部把StringBuffer当作局部变量使用：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        int size = 10000;
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            createStringBuffer("Hyes", "为分享技术而生");
        }
        long timeCost = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.println("createStringBuffer:" + timeCost + " ms");
    }
    public static String createStringBuffer(String str1, String str2) {
        StringBuffer sBuf = new StringBuffer();
        sBuf.append(str1);// append方法是同步操作
        sBuf.append(str2);
        return sBuf.toString();
    }

代码中createStringBuffer方法中的局部对象sBuf，就只在该方法内的作用域有效，每次调用createStringBuffer()方法时，都会创建不同的sBuf对象，因此此时的append *** 作若是使用同步 *** 作，就是白白浪费的系统资源。这时我们可以通过编译器将其优化，将锁消除，前提是java必须运行在server模式（server模式会比client模式作更多的优化），同时必须开启逃逸分析:-server -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateLocks 其中+DoEscapeAnalysis表示开启逃逸分析，+EliminateLocks表示锁消除。

锁粗化

通常情况下，为了保证多线程间的有效并发，会要求每个线程持有锁的时间尽可能短，但是大某些情况下，一个程序对同一个锁不间断、高频地请求、同步与释放，会消耗掉一定的系统资源，因为锁的讲求、同步与释放本身会带来性能损耗，这样高频的锁请求就反而不利于系统性能的优化了，虽然单次同步 *** 作的时间可能很短。锁粗化就是告诉我们任何事情都有个度，有些情况下我们反而希望把很多次锁的请求合并成一个请求，以降低短时间内大量锁请求、同步、释放带来的性能损耗。

一种极端的情况如下：

public void doSomethingMethod(){
    synchronized(lock){
        //do some thing
    }
    //这是还有一些代码，做其它不需要同步的工作，但能很快执行完毕
    synchronized(lock){
        //do other thing
    }
}

上面的代码是有两块需要同步 *** 作的，但在这两块需要同步 *** 作的代码之间，需要做一些其它的工作，而这些工作只会花费很少的时间，那么我们就可以把这些工作代码放入锁内，将两个同步代码块合并成一个，以降低多次锁请求、同步、释放带来的系统性能消耗，合并后的代码如下:

public void doSomethingMethod(){
    //进行锁粗化：整合成一次锁请求、同步、释放
    synchronized(lock){
        //do some thing
        //做其它不需要同步但能很快执行完的工作
        //do other thing
    }
}

另一种需要锁粗化的极端的情况是：

for(int i=0;i 
上面代码每次循环都会进行锁的请求、同步与释放，看起来貌似没什么问题，且在jdk内部会对这类代码锁的请求做一些优化，但是还不如把加锁代码写在循环体的外面，这样一次锁的请求就可以达到我们的要求，除非有特殊的需要：循环需要花很长时间，但其它线程等不起，要给它们执行的机会。
 
锁粗化后的代码如下：
 
synchronized(lock){ for(int i=0;i 
Java 对象在内存中的布局 
 
 
对象和他的属性存储在堆中，对象中的String和其他对象类型字段通过引用方式，比如对象Teachaer中student字段指向Student实例,每个对象通过对象头指向所属类型
 
对象头 
如上图所示，对象头分为三部分：
 
 
 
Mark Word :对象加锁(synchronized(this))状态信息记录在Mark Word中,包括右侧锁相关信息，State代表锁所处的状态，如State值 Unlocked未锁定状态、Biased/biasable偏向锁、Leavy-weight locked重量级锁，Light-weight locked 轻量级锁
 
 
Class meta address 指向方法区的类对象，表明当前对象的类信息
 
 
Array lengh 对象中数组字段的长度，有的对象有数组字段。
 
锁升级过程 -不同状态 
 
几种锁的区别
 
 
 
 
偏向锁因为经过HotSpot的作者大量的研究发现，大多数时候是不存在锁竞争的，常常是一个线程多次获得同一个锁，因此如果每次都要竞争锁会增大很多没有必要付出的代价，为了降低获取锁的代价，才引入的偏向锁。偏向锁的目标是，减少无竞争且只有一个线程使用锁的情况下，使用轻量级锁产生的性能消耗。轻量级锁每次申请、释放锁都至少需要一次CAS，但偏向锁只有初始化时需要一次CAS。
 
 
偏向锁原理和升级过程
 
当线程1访问代码块并获取锁对象时，会在java对象头和栈帧中记录偏向的锁的threadID，因为偏向锁不会主动释放锁，因此以后线程1再次获取锁的时候，需要比较当前线程的threadID和Java对象头中的threadID是否一致，如果一致（还是线程1获取锁对象），则无需使用CAS来加锁、解锁；如果不一致（其他线程，如线程2要竞争锁对象，而偏向锁不会主动释放因此还是存储的线程1的threadID），那么需要查看Java对象头中记录的线程1是否存活，如果没有存活，那么锁对象被重置为无锁状态，其它线程（线程2）可以竞争将其设置为偏向锁；如果存活，那么立刻查找该线程（线程1）的栈帧信息，如果还是需要继续持有这个锁对象，那么暂停当前线程1，撤销偏向锁，升级为轻量级锁，如果线程1 不再使用该锁对象，那么将锁对象状态设为无锁状态，重新偏向新的线程。
 
3.轻量级锁
 
为什么要引入轻量级锁？
 
轻量级锁考虑的是竞争锁对象的线程不多，而且线程持有锁的时间也不长的情景。因为阻塞线程需要CPU从用户态转到内核态，代价较大，如果刚刚阻塞不久这个锁就被释放了，那这个代价就有点得不偿失了，因此这个时候就干脆不阻塞这个线程，让它自旋这等待锁释放。
 
 
 
如上图所示：两个或多个线程在方法栈中开辟一个空间命名为 Lock Record,将锁对象头的信息(Hashcode Age 0 01，未锁定状态值，并非偏向锁)拷贝到Lock Record,然后通过CAS进行争抢锁。
 
当某一线程争抢成功，则锁对象头的mark word值变为 Lock Record Adress 0 0,mark word指向持有锁线程的栈空间Lock Record地址，持有锁的线程方法栈会有一个ower变量指向锁的对象头，表明当前的锁的持有者。
 
争抢锁失败的线程进入自旋，因为自旋是要消耗CPU的，因此自旋的次数是有限制的，比如10次或者100次，如果自旋次数到了线程1还没有释放锁，或者线程1还在执行，线程2还在自旋等待，这时又有一个线程3过来竞争这个锁对象，那么这个时候轻量级锁就会膨胀为重量级锁。重量级锁把除了拥有锁的线程都阻塞，防止CPU空转。
 
 
 
 
4.重量级锁
 
紧接着上面轻量级锁步骤，重量级锁对象头值变为Monitor adress 1 0。此时对象的Monitor(应该升级到重量级锁才有的，具体不进行讨论)监视器含有三个要属性：entryList（锁池，抢锁未成功的锁进入）、WaitSet（等待池,调用wait方法进入）、owner（指向线程持有者）
 
轻量级锁中未争抢到锁的线程(t2)，自悬到一定次数,进入到entryList,ower属性的值是持有锁的线程值(t1),此时如果有其他线程(t3)来抢锁,因为锁被t1持有，(t3根据ower不为空),直接进入等待队列entryList；
 
如果持有锁的线程(t1)执行了wait()则释放锁进入WaitSet中，此时owner为null,entryList中的线程被唤醒进行争抢锁，entryList线程出栈规则是先进先出，t2先出栈进行抢锁，此时如果有其他新的线程(t4)进入抢锁，则有可能新进入的线程(t4)抢锁成功，这就说明synronized是非公平的锁.
 
当t1被唤醒(其他线程唤醒或者wait到一定时间自己唤醒)，此时线程已经被其他线程持有，会进入锁池entryList阻塞排队。
 
 
 
持有锁的线程，执行完毕，会调用monitorExit指令结束。
 
 
					
										


					

						
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