synchronized原理

作用

1. 确保线程访问互斥的同步代码
2. 确保共享变量的修改能及时可见
3. 有效解决重排序问题

Java中的每一个对象都可以作为锁，这是synchronized的基础。

• 普通同步方法，锁是当前实例对象
• 静态同步方法，所示当前类的class对象
• 同步方法块，锁是括号中的对象。

synchronize底层原理

同步代码块和同步方法实现的原理不同

同步代码块：通过添加monitorEnter和monitorExit指令来实现。（显示锁定）

同步方法：通过调用指令读取常量池方法表结构的ACC_SYNCHRONIZED标志实现。（隐式锁定）

任何一个对象都有一个monitor与之关联，当这个monitor被持有之后，处于锁定状态。

• 对象在内存中的布局：

对象头：存放对象的运行时数据

实例数据：存放类的属性信息

对齐填充：字节对齐

用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID、偏向时间戳等等。

每一个线程都有一个可用的monitor record列表，同时还有一个全局的可用列表。每一个被锁住的对象都会和一个monitor关联。对象头markdown字段中的markword指向monitor的的起始地址。

monitor中的信息。

owner：表示持有该锁线程的唯一标识，没有线程持有时为空

entryQ：关联一个系统互斥锁，阻塞所有试图锁住monitor record失败的线程。

RcThis:表示blocked或waiting在该monitor record上的所有线程的个数。

Nest:用来实现重入锁的计数。

HashCode:保存从对象头拷贝过来的HashCode值（可能还包含GC age）。

Candidate:用来避免不必要的阻塞或等待线程唤醒。

• Markdown字段的结构

锁的状态一共有四种：无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。锁的级别从低到高。

• Java虚拟机对synchronize的优化
• 偏向锁

如果一个线程获取了锁，那么锁就进入偏向模式，当这个线程再次请求锁时，无需做任何同步操作。

• 轻量级锁

使用CAS操作来避免重量级锁使用互斥量的开销，CAS失败考虑转换为重量级锁

• 锁消除

检测到不可能存在竞争的共享数据的锁进行锁消除

• 自旋锁

让一个线程在请求一个共享数据的锁时，自旋（忙循环)一段时间,这样就避免了线程的状态切换，减小开销。

• 锁粗化

一系列操作反复对同一个对象加锁，将加锁的范围扩展到着一些零碎操作的外部

• synchronize和ReentrantLock的区别

1. 实现：synchronize是Java中的关键字，是在JVM层面上实现的。ReentrantLock是JUC包中实现的锁。
2. 加锁，解锁：synchronize在程序完成后会自动释放锁；ReentrantLock需要自己释放锁
3. 异常：发生异常synchronize会自动释放锁，而ReentrantLock不会，需要手动在finally块中释放锁。
4. 中断：synchronize不能响应中断，ReentrantLock可以响应中断，若长时间没获取锁可以放弃等待。
5. 公平：synchronize是非公平锁，ReentrantLock默认是非公平锁，但是也有公平锁的实现，可以通过构造函数来构造公平锁
6. 锁是否获取成功：synchronize不能知道锁是否获取成功。ReentrantLock可以通过lock.trylock()返回值知道锁是否获取成功。