synchronized使用及底层原理详解

多线程编程中，有可能会出现多个线程同时访问同一个共享、可变资源的情况，这个资源我们称之其为临界资源；这种资源可能是：对象、变量、文件等。

共享：资源可以由多个线程同时访问
可变：资源可以在其生命周期内被修改

引出的问题：

由于线程执行的过程是不可控的，所以需要采用同步机制来协同对对象可变状态的访问

加锁作用与锁定义分类

加锁目的：序列化访问临界资源，即同一时刻只能有一个线程访问临界资源(同步互斥访问)
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synchronized原理详解

synchronized内置锁是一种对象锁(锁的是对象而非引用)，作用粒度是对象，可以用来实现对临界资源的同步互斥访问，是可重入的。

同步实例方法，锁是当前实例对象
同步类方法，锁是当前类对象，静态方法
同步代码块，锁是括号里面的对象

synchronized底层原理

synchronized是基于JVM内置锁实现，通过内部对象Monitor(监视器锁)实现，基于进入与退出Monitor对象实现方法与代码块同步，监视器锁的实现依赖底层操作系统的Mutex lock（互斥锁）实现，它是一个重量级锁性能较低。当然，JVM内置锁在1.5之后版本做了重大的优化，如锁粗化（LockCoarsening）、锁消除（Lock Elimination）、轻量级锁（Lightweight
Locking）、偏向锁（Biased Locking）、适应性自旋（Adaptive Spinning）等技术来减少锁操作的开销，，内置锁的并发性能已经基本与Lock持平。synchronized关键字被编译成字节码后会被翻译成monitorenter 和monitorexit 两条指令分别在同步块逻辑代码的起始位置与结束位置。
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每个同步对象都有一个自己的Monitor(监视器锁)，加锁过程如下图所示

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是锁状态是被记录在每个对象的对象头（Mark Word）中，下面我们一起认识一下对象的内存布局

对象头：比如 hash码，对象所属的年代，对象锁，锁状态标志，偏向锁（线程）ID，偏向时间，数组长度（数组对象）等
实例数据：即创建对象时，对象中成员变量，方法等
对齐填充：对象的大小必须是8字节的整数倍

锁的膨胀升级过程

JDK1.6版本之后对synchronized的实现进行了各种优化，如自旋锁、偏向锁和轻量级锁

并默认开启偏向锁

开启偏向锁：-XX:+UseBiasedLocking -XX:BiasedLockingStartupDelay=0

关闭偏向锁：-XX:-UseBiasedLocking

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锁的状态总共有四种，无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。随着锁的竞争，锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级的重量级锁，但是锁的升级是单向的，也就是说只能从低到高升级，不会出现锁的降级。下图为锁的升级全过程：
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注意：synchronized可重入的，随着锁升级，优化性比较高，相比于juc的lock，synchronized的优化空间更大

对象一定分配在堆中吗？
不一定，如果没有发生对象逃逸，对象会在栈上分配

锁的粗化

以下4步都有锁，优化后就会加一个总锁

public void test1(){
    
    
    //jvm的优化，锁的粗化
    stb.append("1");
    stb.append("2");
    stb.append("3");
    stb.append("4");
}

锁的消除

public void test2(){
    
    
    //jvm的优化，JVM不会对同步块进行加锁
    synchronized (new Object()) {
    
    
        //伪代码：很多逻辑
        //jvm是否会加锁？
        //jvm会进行逃逸分析
    }
}