synchronized實現原理及鎖升級過程

前言:

synchronized是Java內置的機制，是JVM層面的，而Lock則是接口，是JDK層面的

盡管最初synchronized的性能效率比較差，但是隨著版本的升級，synchronized已經變得原來越強大了,本文帶大家了解的是synchronized實現原理及鎖升級過程，希望可以幫助到大家。

1.用法

synchronized可用來給對象和方法或者代碼塊加鎖，當它鎖定一個方法或者一個代碼塊的時候，同一時刻最多只有一個線程執行這段代碼。

synchronized有三種應用方式：

作用于實例方法，當前實例加鎖，進入同步代碼前要獲得當前實例的鎖；

作用于靜態方法，當前類加鎖，進去同步代碼前要獲得當前類對象的鎖；

作用于代碼塊，對括號里配置的對象加鎖。

2.實現原理

2.1 Java對象頭

synchronized用的鎖存在Java對象頭里，Java對象頭里的Mark Word默認存儲對象的HashCode、分代年齡和鎖標記位。在運行期間，Mark Word里存儲的數據會隨著鎖標志位的變化而變化。32位JVM的Mark Word可能變化存儲為以下5種數據：

鎖一共有四種狀態，級別從低到高依次是：無鎖狀態、偏向鎖狀態、輕量級鎖狀態和重量級鎖狀態，這幾個狀態隨著競爭情況逐漸升級。為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率，鎖可以升級但不能降級，意味著偏向鎖升級為輕量級鎖后不能降級為偏向鎖。

1.偏向鎖

當一個線程訪問同步塊并獲取鎖時，會在對象頭和棧幀的鎖記錄里存儲偏向的線程ID，以后該線程在進入和退出同步塊時不需要進行CAS操作來加鎖和解鎖，只需測試Mark Word里線程ID是否為當前線程。如果測試成功，表示線程已經獲得了鎖。如果測試失敗，則需要判斷偏向鎖的標識。如果標識被設置為0(表示當前是無鎖狀態)，則使用CAS競爭鎖；如果標識設置成1(表示當前是偏向鎖狀態)，則嘗試使用CAS將對象頭的偏向鎖指向當前線程，觸發偏向鎖的撤銷。偏向鎖只有在競爭出現才會釋放鎖。當其他線程嘗試競爭偏向鎖時，程序到達全局安全點后(沒有正在執行的代碼)，它會查看Java對象頭中記錄的線程是否存活，如果沒有存活，那么鎖對象被重置為無鎖狀態，其它線程可以競爭將其設置為偏向鎖；如果存活，那么立刻查找該線程的棧幀信息，如果還是需要繼續持有這個鎖對象，那么暫停當前線程，撤銷偏向鎖，升級為輕量級鎖，如果線程1不再使用該鎖對象，那么將鎖對象狀態設為無鎖狀態，重新偏向新的線程。

2.輕量級鎖

線程在執行同步塊之前，JVM會先在當前線程的棧幀中創建用于存儲鎖記錄的空間，并將對象頭的MarkWord復制到鎖記錄中，即Displaced Mark Word。然后線程會嘗試使用CAS將對象頭中的Mark Word替換為指向鎖記錄的指針。如果成功，當前線程獲得鎖。如果失敗，表示其他線程在競爭鎖，當前線程使用自旋來獲取鎖。當自旋次數達到一定次數時，鎖就會升級為重量級鎖。

輕量級鎖解鎖時，會使用CAS操作將Displaced Mark Word替換回到對象頭，如果成功，表示沒有競爭發生。如果失敗，表示當前鎖存在競爭，鎖已經被升級為重量級鎖，則會釋放鎖并喚醒等待的線程。

流程大致如下：

結束:

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總結

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