synchronized的底层原理

1 为什么用synchronized
在并发编程中存在线程安全问题，主要原因有：1.存在共享数据 2.多线程共同操作共享数据。关键字synchronized可以保证在同一时刻，只有一个线程可以访问特定的代码，同时synchronized可以保证一个线程的变化可见（可见性），即可以代替volatile。
2 怎么用synchronized
1 普通同步方法（实例方法），锁是当前实例对象 ，进入同步代码前要获得当前实例的锁
2 静态同步方法，锁是当前类的class对象 ，进入同步代码前要获得当前类对象的锁
3 同步方法块，锁是括号里面的对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁。
3 synchronized底层实现
底层利用对象头的Mark Word(标记字符)标记锁的状态，实现1.6以后synchronized锁的由无锁–偏向锁–轻量级锁–重量级锁状态的升级；利用monitor(监视器)来获取锁，实现同步。
对象在内存中的布局
我们都知道，Java对象存储在堆（Heap）内存。括起来分为对象头、对象体(实例数据)和对齐字节((对象填充)。如下图所示：

Java对象头
对象头由两部分组成，一部分用于存储自身的运行时数据，称为 Mark Word，另外一部分是类型指针，及对象指向它的类元数据的指针。
对象头 = Mark Word + 类型指针
1.对象头中的Mark Word（标记字）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，在Java对象头中有2bit用来标识对象存储锁的，比如jdk1.6以后synhronized通过改变锁状态实现对锁的升级和优化。
2.Klass Word是一个指向方法区中Class信息的指针，意味该对象可随时知道自己是哪个Class的实例；
3.数组长度也是占用64位（8字节）的空间，这是可选的，只有当本对象是一个数组对象时才会有这个部分

对象体(实例数据)
实例数据部分是对象真正存储的有效信息， 也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容

对齐字节(对象填充)
在64位JVM内存管理系统中要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，就是对象的大小必须是8字节的整数倍，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。
在IDE的项目中引入openJdk的jar包可以打印出java对象头详细信息

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jol/jol-cli -->
		<dependency>
		    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
		    <artifactId>jol-cli</artifactId>
		    <version>0.9</version>
		</dependency>

测试的代码实例

public class Layout {
	static Student stu = new Student();
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("start");
		//打印对象头信息
		System.out.println(ClassLayout.parseInstance(stu).toPrintable());
		synchronized (stu) {
			System.out.println("lock ing");
		}
		System.out.println("end");	
	}
}

public class Student {
	Integer age;     //年龄
	Integer clazz;   //班级
}

运行打印的结果

monitor
每个对象都有一个监视器锁（monitor）。当monitor被占用时就会处于锁定状态。当java代码里用synchronized关键字修饰时，通过javap反编译可查看含有monitorenter和monitorexit等指令，案例如下:

public class DiCeng {
    public static void main(String[] args)
    {
        Object obj=new Object();
        synchronized (obj)  //把obj对象锁住
        {
            System.out.println("hello sun");
        }
    }
}

先将Java程序编译：javac -encoding UTF-8 DiCeng.java ；
然后进行反编译：javap -c DiCeng ；显示如下：

当一个线程进进入用synchronized关键字修饰的方法或代码块的时候，要想访问受保护的数据（即需要获取对象的Monitor）时，先通过monitorenter命令进行加锁，持有该对象的Monitor，当退出同步方法或同步代码块时，执行monitorexit命令解锁释放Monitor。此时其他的线程可以恢复访问。