Synchronized原理和应用

前言

synchronized在多线程并发的时候，为了保证线程安全会经常使用。不知道大家用没有这么一种感觉，知道怎么用。但是总是不敢用，因为不知道为嘛这么用，用的小心翼翼的。而且对加在方法上和加载对象上还有加在静态方法上有什么区别，总是很迷惑。今天我们将会详细的介绍这个Synchronized这个关键字。

加锁范围

Synchronized实现同步的基础：java中的每一个对象都可以作为锁（对象锁只是加锁的一种实现方式，还有另一种的实现方式，我们后续会有介绍）。
1.对于普通方法，锁的是当前实例
2.对于静态方法，所得是当前的类的class对象。
3.对于同步方法快，锁的是Synchronized括号里面配置的对象。
Synchronized在jvm中的实现原理是基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步，但是实现的细节不一样。代码块同步是基于monitorenter和monitorexit指令实现的，而方法同步是使用另一种。不知道大家还是否记得volatile的底层实现是基于什么的（是基于lock命令实现的）。
总的来说Synchronized是基于对象锁的实现方式，对象锁的话，基本都是将锁存在对象头里面的（具体实现后续会将），所以Synchronized的锁也是存在对象头里面的。

锁升级与对比

大家都知道Synchronized是重量级锁，最近的Synchronized可能不是了，之前的老版本是（想知道这个变化过程的大家可以自己查询）。那么大家知道锁一共有几个状态吗。锁一共有四个状态，目前是。
1.无锁状态
2.偏向锁状态
3.轻量级锁状态
3.重量级锁状态
这几个状态，会随着竞争逐渐从低升到高。并且锁能升级，但是不会降级。这种只能升级不能降级的策略是为了提高获得锁和释放锁的效率（详细我们后续会讲）。

偏向锁

偏向锁是基于什么理论出现的呢。是HotSpot的作者研究发现，大多数情况下，锁在多线程竞争的时候，总是会由同一线程多次获得。那么基于这个理论，当一个线程获取到锁的时候，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储这个锁偏向的线程id，等到下次还是这个线程获取到了锁，就不需要再使用cas操作来进行加锁和解锁。只需测试下对象头里存储的偏向线程id是不是当前线程id，如果是，表示已获得锁。如果不是，判断下偏向锁标识是否是1（就是判断下，现在锁状态是不是偏向锁）。如果不是，开始线程竞争，如果是，则把当前对象头里的锁偏向id改为当前线程id。

偏向锁的撤销

偏向锁使用了一种等到竞争释放锁的机制，所以当其他线程尝试竞争偏向锁的时候，持有偏向锁的线程才会释放。偏向锁的撤销，需要等到全局安全点（这个我们之前讲java虚拟机的时候，介绍过，这里不在多讲）。
它会先暂停偏向锁线程，判断该线程是否还或者，如果没有或者，设置为无锁状态，如果活着要么偏向其他线程，要么设置为锁状态，要么标记该对象不适合作为偏向锁。最后唤醒暂停的线程
关闭偏向锁，我就不多说了，通过设置jvm参数可以实现。

轻量级锁

线程在执行同步块之前，jvm会现在当前线程中创建用于存储锁记录的空间，并尝试将对象头中的Mark Word（锁信息）复制到线程的锁记录中，官方称为Displaced Mark Word。然后线程尝试cas方式将对象头的Mark Word改为指向线程所记录的指针，如果成功了，就是获得锁。如果失败了，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试自旋获得锁（记得是自旋10次，超过好像就会直接升级为重量级锁，现在不知道是不是了）。
轻量级锁解锁的时候，使用cas操作，将线程的锁记录替换回到对象头（这里是锁记录的内容替换回去），如果成功，表示没有竞争发生，如果失败，表示当前存在竞争，就会升级为重量级锁。

总结

今天通过Synchronized，介绍了锁的几种状态，和锁的升级过程。还有就是锁是怎么存储的，或者说是存储在哪里。同时介绍了每种锁的加锁和解锁过程，同时也介绍了锁的升级条件或者场景。