synchronized锁原理详解

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原创 2022-07-21 14:43:12 1k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Synchronized锁机制文章目录2.1 Synchronized2.1.1 Synchronized 关键字回顾synchronized关键字的底层实现synchronized修饰代码块synchronized修饰普通方法synchronized修饰静态方法2.1.2 售票案例 2.1 Synchronized 2.1.1 Synchronized 关键字回顾 synchronized 关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性，synchronized关键字可以保证被它修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有一个线程执行。另外，在阅读详情

前言(堆区对象组成部分)

在理解锁实现原理之前先了解一下Java的对象头和Monitor，在JVM中，对象是分成三部分存在的：

对象头
实例数据
对其填充

实例数据和对其填充与synchronized无关,对象头是我们需要关注的重点，它是synchronized实现锁的基础，因为synchronized申请锁、上锁、释放锁都与对象头有关。

一、synchronized的使用

1.synchronize(this)

锁定实例化的对象，每个对象有其独立的对象锁，互不干扰

2.synchronize(Object o)

synchronize(Object o)，每一个object相当于一把锁，不同的锁有不同的钥匙，可以减少锁竞争

3.synchronize放在函数签名里

synchronize放在函数签名中和synchronize(this)使用的是同一对象锁，一个钥匙多把锁

二、锁的不同状态

JDK6之前只有两个状态：无锁、有锁（重量级锁），

而在JDK6之后对synchronized进行了优化，新增了两种状态，总共就是四个状态：

无锁状态
偏向锁
轻量级锁
重量级锁

其中无锁就是一种状态了。锁的类型和状态在对象头Mark Word中都有记录，在申请锁、锁升级等过程中JVM都需要读取对象的Mark Word数据。

每一个锁都对应一个monitor对象，在HotSpot虚拟机中它是由ObjectMonitor实现的（C++实现）。每个对象都存在着一个monitor与之关联，对象与其monitor之间的关系有存在多种实现方式，如monitor可以与对象一起创建销毁或当线程试图获取对象锁时自动生成，但当一个monitor被某个线程持有后，它便处于锁定状态。

三、synchronized 原理

Synchronized是关键字，内置语言实现
Synchronized底层使用指令码方式来控制锁的，映射成字节码指令就是增加来两个指令

monitorenter
monitorexit

当线程执行遇到monitorenter指令时会尝试获取内置锁，如果获取锁则锁计数器+1，如果没有获取锁则阻塞；当遇到monitorexit指令时锁计数器-1，如果计数器为0则释放锁。

四、锁升级机制

上面讲到的对象头8个字节，32位

上面介绍的四种状态，并且会因实际情况进行升级，过程如下

1.无锁

对象头前25位存hashCode，4位存分代年龄，1位判断是否是偏向锁（0），2位锁标志位（01）

2.偏向锁（只偏向一个）

对象头23位线程ID，2位时间戳（超时会判断线程存不存在，若不存在，变为无锁状态），4位分代年龄，（1）（01），这次拿到锁之后，下次直接拥有锁

一句话总结它的作用：减少统一鲜橙获取锁的代价。在大多数情况下，锁不存在多线程竞争，总是由同一鲜橙多次获得，那么此时就是偏向锁。

过程: 先说无锁—>偏向锁。锁的标志位都为01。
当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，以后该线程在进入和退出同步块时不需要花费CAS操作来加锁和解锁，而只需简单的测试一下对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁，如果测试成功，表示线程已经获得了锁，如果测试失败，则需要再测试下Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1（表示当前是偏向锁），如果没有设置，则使用CAS竞争锁，如果设置了，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。

要注意的是，偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制，所以当其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁。偏向锁的撤销，需要等待全局安全点（在这个时间点上没有字节码正在执行），它会首先暂停拥有偏向锁的线程，然后检查持有偏向锁的线程是否活着，如果线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态，如果线程仍然活着，拥有偏向锁的栈会被执行，遍历偏向对象的锁记录，栈中的锁记录和对象头的Mark Word要么重新偏向于其他线程，要么恢复到无锁或者标记对象不适合作为偏向锁，最后唤醒暂停的线程。