浅谈Synchronized
- synchronized简介
synchronized可以说是并发编程的元老级角色，大部分时候被称为重量级锁，但是在1.6之后的为了减弱这种重量级的影响，对其进行了各种优化，像是在1.6的优化中引入了偏向锁和轻量级锁以及锁的消除和锁的升级
- synchronized锁的范围
可以这样说，java中任何一个对象都可以作为锁，具体可以表现为下面三种形式
对于普通的同步方法，锁的是当前实例对象
对于静态同步方法，锁的是当前类的CLASS对象
对于同步的方法块，锁的是括号内的对象
- synchronized的实现原理
从JVM操作规范中，我们可以知道，JVM几区进入和退出Monitor对象来实现方法和代码块的同步
这里要知道，两者的细节是不同的
代码块的同步使用的monitorenter和monitorexit指令实现
方法使用了另一种来实现的，具体并没有详细说明，但是方法的同步同样可以使用这两条指令来实现
原理就是monitorenter在编译的时候添加到同步代码块开始的位置，monitorexit插入到同步代码块结束和异常的位置，JVM保证每个monitorenter都有与之对应的monitorexit指令，每个对象都有一个monitor对象，当他的monitor被持有之后，就会被认为是被占有也就是加锁了，当线程执行到这个指令的时候，就回去尝试获取monitor，也就是去请求获取锁
- Java对象头
synchronized的锁存放于对象的对象头中，对象是数组类型，会用三个字宽，非数组类型占用两个字宽
而Mark Word详细内容如下
因为标记位的不同，可能会存储不同的数据，详细如下
这是32位虚拟机的情况
64位虚拟机的情况又略有不同
- 锁的状态
JDK1.6的时候为了减少获得锁和释放锁带来的内存消耗，引入了偏向锁和轻量级锁的概念，这样锁一共有了四种状态:偏向锁状态，无锁状态，轻量级锁状态，重量级锁状态，锁可以升级不能降级
偏向锁
在研究中发现，大多数情况锁不存在多线程竞争，总是由同一个线程获得锁，这样就引入了偏向锁的概念，具体实现就是当一个线程访问同步代码块获取锁的时候，会使用CAS将线程ID设置到对象的对象头，之后只要是这个线程是自己的就表示没有竞争，所以就不需要进行CAS操作，当获取锁失败，就会查看对象头标识是否设置了偏向锁，如果没有就CAS竞争锁，如果设置了，就尝试使用CAS将对象头中的偏向锁指向该线程
这里要重点注意，偏向锁是等到有竞争的时候才会释放锁的机制
这里就出现了锁撤销的问题，撤销的时候首先会暂停拥有偏向锁的线程，检查持有偏向锁的线程是否还活着，如果不处于活动状态他会将他设置成无锁，如果仍然活着，那么就会出现两种情况
一种是栈中的锁记录重新偏向其他线程
一种是恢复到无锁，或者进行锁升级
这里可以看的出只有在偏向锁不是本线程ID并且CAS失败的时候，才会升级为轻量级锁
轻量级锁
这里可以从轻量级锁加锁和解锁开始谈起
在执行同步代码块的时候，首先会在栈帧中创建存储锁记录的空间，空间存储对象的MarkWord，之后使用CAS来将对象头中的MarkWord替换为锁记录的指针，成功的话就代表获取了锁，失败的话就自旋的获取锁，如果自选获取锁失败，那么就会升级为重量级锁这里CAS失败会出现两种情况，一种是已经升级为重量级锁
另一种是锁重入
解锁的时候如果锁记录的值不是null，那么就是使用CAS进行恢复，成功的话就会解锁成功
失败的话说明轻量级锁膨胀为重量级锁，进入重量级锁解锁过程
解锁升级为重量级锁的过程
首先我的Thread-0已经获取了锁，锁记录已经和markword进行交换，这是Thread-1来获取锁，CAS失败，这是就会升级为重量级锁，将对象指向Monitor，并且将Thread-1放进Monitor锁对象的EntryList的队列里，此时Monitor的owner指向Thread-0
这是Thread-0解锁，进行CAS将锁记录和MarkWord进行交换，这时因为已经升级成了重量级锁，对象中存储的已经不是锁记录，所以CAS失败，就会进入重量级锁的解锁流程，也就是将owner置为null，并且唤醒EntryList中阻塞的线程，进行锁的竞争
这里是一个重量级锁的解锁流程上述问题说完之后，引申出来三个新的概念，自旋锁，批量重偏向，批量撤销
自旋锁
就是当一个线程获取锁之后，另一个线程会循环等待尝试获取锁
有点就是在于线程会一直保持用户态，当线程没有获取锁阻塞住的时候，会进入内核态，下次尝试获取锁的时候会再切换回用户态，这样就产生了消耗
批量重偏向
如果对象被多个线程访问没有竞争，这时偏向t1的仍有机会偏向t2，重偏向会终止对象线程id，
当撤销偏向锁超过20次，jvm会认为偏向错误，于是会在加锁时进行重新偏向
批量撤销
当撤销超过40次，就会认为不该进行偏向，从而把对象都变成不可偏向的