Synchronized的原理与锁优化

前言

并发变成中，synchronized一直都是元老级角色，它一直被称为重量级锁，在1.6中对synchronized进行各种优化过后才改善了它的性能消耗。为了降低synchronized的性能消耗引入了偏向锁，轻量级锁，以及JVM底层对锁存储结构的更改。

synchronized的使用

java中一切皆对象，每一个对象都可以作为锁，这是synchronized实现的基础，一般都隐氏的指定了锁的对象，所以平时使用时并没有指定参数，但是也可以显示的指定。

synchronized的使用如下：

• 普通同步方法：锁是当前的实例对象，进入同步方法需要获取实例对象锁
• 静态同步方法：锁是Class对象，需要获取Class对象锁才能访问
• 同步方法块：锁是括号里的对象

   public void test(){
       Integer a =new Integer(1);
        //显示指定锁的对象
       synchronized (a){
           
       }
   }
    //静态方法，锁Class对象
   public synchronized static void get(){
       
   }
    //实例方法，锁实例对象
   public synchronized void set(){
       
   }

synchronized原理

synchronized在JVM层的实现是基于monitor的进入与退出的，monitor可以翻译成监视器或者管程，不过管程模型大家更加的熟悉，代码块的同步基于monitorenter和monitorexit指令，指令在编译后插入到相应的位置，这对指令必须成对存在。任何的对象都有一个对应的monitor对象，monitor被持有后，处于锁定状态。线程执行指令会尝试获取monitor的所有权，也就是获取对象的锁。

各位了解了对象的内存布局就知道对象头中存储着锁相关的信息，持有不同的锁，对象头的mark word内容不同，不过我一直有个疑问，monitor对象是用c++写的，monitor是存在哪里的呢？留着这个问题，继续往下说，JDK1.6前，synchronized是不推荐使用的，被称为重量级锁，1.6进行了各种优化，引入了级别从低到高的偏向锁、轻量级锁、重量级锁

偏向锁

大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是同一线程多次获取，为了降低获取锁的代价，引入偏向锁。这里说下CAS，compareandswap，是一个原子操作，用来更新值，举个例子：如果 int a = 1,多个线程需要更改a的值，使用CAS能够解决并发问题主要包含以下操作，方法内，获取a的值赋值给c，即将要赋予a的值为b，先比较c与a是否相等，相等则a = b，否则其他线程改了a的值，重新进行cas操作。

线程访问同步块并获取锁时，在对象头和栈桢锁记录中保存锁偏向的线程ID，当本线程再次获取锁时，就不需要CAS的加锁和解锁，看一下mark word是否有指向当前线程的偏向锁。如果没有，看下mark word中是否是偏向锁，如果是使用CAS修改偏向锁修改为当前线程，如果不是偏向锁，使用CAS竞争锁，下图是流程：

轻量级锁

线程执行同步代码块之前，JVM将当前线程的栈桢中创建存储锁记录的空间，将对象头的mark word复制到锁记录，然后线程通过CAS将mark word替换为指向锁记录的指针，成功则获取到锁，失败自旋获取。流程图如下：