Java并发—sychronized关键字 java

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1. synchronized实现前提
1.1 对象监视器monitor 任何一个对象都有一个monitor对象与之关联
monitor提供线程阻塞和唤醒机制
当一个monitor被某个线程持有，它将处于锁定状态（获取锁）

ObjectMonitor() { _header= NULL; _count= 0; //锁计数器,sychronized是可重入锁 _waiters= 0, _recursions= 0; _object= NULL; _owner= NULL; //标识持有锁的线程 _WaitSet= NULL; //等待队列，与Object的wait()和notify()有关 _WaitSetLock= 0 ; _Responsible= NULL ; _succ= NULL ; _cxq= NULL ; FreeNext= NULL ; _EntryList= NULL ; //同步队列，尝试获取锁的线程会进入EntryList，如果成功获得锁，则设置monitor的_owner为，如果没有成功获得锁，在EntryList中阻塞等待 _SpinFreq= 0 ; _SpinClock= 0 ; OwnerIsThread = 0 ; }

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核心字段

_count：计数器，如果为0，表示没有线程获得锁，如果不为0，表示有线程取得锁（可以实现可重入锁，持有锁的线程每尝试再次获取锁，计数器都会+1）
_owner：标识持有锁的线程
_EntryList：一个线程如何尝试获取锁，会进入_EntryList，如果获得锁成功，将 _owner修改为自己；如果获得锁失败，则会在同步队列EntryList中阻塞等待
_waitSet：等待队列，与Object的wait()和notify()有关，如果一个线程在持有锁时，调用了其wait()，那么该线程会进入其_waitSet中，阻塞，并释放锁，知道有其他线程在持有锁时，调用其notify()将线程唤醒

1.2 JVM提供的指令 synchronized在JVM中通过 monitorenter指令和 monitorexit指令来进入和退出同步代码块

monitorenter指令
编译器会将monitorenter插入在同步代码块开始的位置，执行该指令时，会尝试获取通同步对象的monitor对象的所有权（尝试获得锁）
monitorexit指令
编译器会将monitorexit插入在同步代码块的结束处或异常处，释放同步对象的monitor对象的所有权（释放锁）

1.3 Mark Word 对象由三个部分组成——对象头，实例数据，对齐填充
对象头结构如下（非数组2个字，数组3个字）

第一个字——Mark Word
第二个字——指向对象Class对象的指针
第三个字——数组长度

sychronized的实现与 Mark Word有关

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1.4 栈帧中的锁记录线程的栈帧中有一块空间——锁记录

线程如果成果获取偏向锁，会在锁记录中存储偏向锁偏向的线程ID
在尝试获取轻量级锁前，会把对象头的Mark Word复制到自己的锁记录中

2. 锁升级
JDK1.6前，sychronzied是重量级锁
JDK1.6做了优化，对锁进行了分类——无锁，偏向锁，轻量级锁，重量级锁
2.1 锁升级过程

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偏向锁
持有偏向锁的线程使用完不会主动释放锁
下一个线程尝试获取偏向锁，会尝试通过CAS将Mark Word中的线程ID替换为自己的，如果原来持有锁的线程已经结束了同步代码块，那么替换就会成功，下一个线程就会取得锁
【Java并发—sychronized关键字】轻量级锁
持有锁的线程使用完后会尝试释放锁，如果释放失败，则升级为重量级锁
重量级锁
会阻塞未获取锁的线程，除了重量级锁，其他情况下，未持有锁的线程不会阻塞

2.2 各个锁的优缺点

锁	优点	缺点	适用场景
偏向锁	加锁和解锁不需要额外消耗	如果线程间存在锁竞争，撤销锁会带来额外消耗	适用于只有一个线程访问同步代码块的情况
轻量级锁	竞争锁的线程不会阻塞，加快响应速度	如果使用竞争不到锁，自旋会消耗CPU性能	追求响应速度
重量级锁	竞争锁的线程阻塞，不消耗CPU	线程阻塞，响应时间慢	追求吞吐量，同步代码快执行时间较长

3. sychronized的内存语义

保证可见性
- 编译器会将monitorenter指令插入在同步代码块开始的位置，当线程执行到该指令时，会尝试获取同步对象的monitor的所有权（尝试获取锁），如果获取成功，则成功获得锁——JMM会将线程对应的本地内存设置为无效，从而使得该线程执行同步代码块时必须从主内存读取共享变量
- 编译器会将monitorexit指令插入在同步代码块的结束处或异常处，当线程执行到该指令时，会释放同步对象的monitor的所有权(释放锁)，JMM会把线程本地内存中的副本刷新到主内存中
保证原子性
只允许一个线程获得锁后执行同步代码块
保证有序性
JMM不允许同步语句与非同步语句重排序，但是允许同步代码块内在不改变结果的前提下进行重排序（JMM虽然允许同步代码块内重排序，但是在程序员看来仍是有序的）

4. volatile与sychronized的区别