閱讀本文至少要知道 synchronized 用來是干什么的... 需要的前置知識(shí)還有 Java 對(duì)象頭和 Java 字節(jié)碼的部分知識(shí)。

synchronized 的使用

synchronized 有三種使用方式，三種方式鎖住的對(duì)象是不相同的。

鎖分為實(shí)例對(duì)象鎖和 class 對(duì)象鎖 和 類對(duì)象鎖，注意這三種鎖是不一樣的。

• 修飾實(shí)例方法，此時(shí)鎖住的是對(duì)象，鎖分為實(shí)例對(duì)象鎖
• 修飾靜態(tài)方法，此時(shí)鎖住的是類對(duì)象鎖
• 修飾代碼段，此時(shí)鎖住的是括號(hào)中的對(duì)象（synchronized(this)），可以是實(shí)例對(duì)象鎖或者 class 對(duì)象鎖（synchronized(Object.class)）

此時(shí)出現(xiàn)了鎖住類和鎖住對(duì)象，要注意這兩個(gè)鎖是不同的，在一個(gè)線程拿到類的鎖時(shí)，另外一個(gè)線程是可以拿到對(duì)象的鎖的。

synchronized 底層語義實(shí)現(xiàn)

每個(gè)對(duì)象都存在著一個(gè) monitor 與之關(guān)聯(lián)，對(duì)象與其 monitor 之間的關(guān)系有存在多種實(shí)現(xiàn)方式，如 monitor 可以與對(duì)象一起創(chuàng)建銷毀或當(dāng)線程試圖獲取對(duì)象鎖時(shí)自動(dòng)生成，但當(dāng)一個(gè) monitor 被某個(gè)線程持有后，它便處于鎖定狀態(tài)。

當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)請(qǐng)求某個(gè)對(duì)象監(jiān)視器時(shí)，新請(qǐng)求鎖的線程將首先被加入到 ConetentionList 中。對(duì)象監(jiān)視器會(huì)設(shè)置幾種狀態(tài)用來區(qū)分請(qǐng)求的線程：

Contention List：所有請(qǐng)求鎖的線程將被首先放置到該競爭隊(duì)列

Entry List：Contention List 中那些有資格成為候選人的線程被移到Entry List

Wait Set：那些調(diào)用 wait 方法被阻塞的線程被放置到 Wait Set

OnDeck：任何時(shí)刻最多只能有一個(gè)線程正在競爭鎖，該線程稱為 OnDeck

Owner：獲得鎖的線程稱為 Owner

!Owner：釋放鎖的線程

代碼同步塊和方法級(jí)別的 synchronized 使用在JVM 層實(shí)現(xiàn)是不一樣的。

synchrionized 在代碼同步塊的入口插入 monitorenter，在同步塊出口插入monitorexit 來實(shí)現(xiàn)互斥，可以通過反編譯看到。

方法級(jí)別的同步是隱式的，在字節(jié)碼層面上沒有顯示出來。JVM 可以從方法常量池中的方法表結(jié)構(gòu)中的 ACC_SYNCHRONIZED 字段訪問標(biāo)志區(qū)分一個(gè)方法是否為同步方法。如果是同步方法，則去獲取 monitor，然后執(zhí)行方法。
具體可以查看《深入理解 JVM 虛擬機(jī)》 中字節(jié)碼一章。

對(duì) synchronized 的優(yōu)化

JDK 1.6 實(shí)現(xiàn)了對(duì)鎖的大量優(yōu)化。可以分為兩種，一種是減少對(duì) synchronized 的使用，一種是在特殊條件下使用更輕量級(jí)的鎖來代替 synchronized。

減少對(duì)鎖的使用

鎖消除

當(dāng)編譯器檢測到一些被加上 synchronized 的代碼不存在競爭的時(shí)候（通過逃逸分析，感興趣可以去看一下《深入理解 Java 虛擬機(jī)》），就會(huì)被視為線程私有的，鎖會(huì)被安全的消除掉。

鎖粗化

當(dāng)編譯器發(fā)現(xiàn) synchronized 被加入在循環(huán)當(dāng)中，不斷的加鎖解鎖會(huì)有極大的效率問題。不要認(rèn)為你不會(huì)寫出這么傻的代碼，JDK 中有許多方法是同步的，比如 HashTable 中的一些方法。

for (int i = 0; i < 100; i++) {synchronized (this) {//do something} }

編譯器會(huì)自動(dòng)把它優(yōu)化成

synchronized (this) {for (int i = 0; i < 100; i++) {//do something} }

來減少鎖的獲取和釋放。

自旋鎖與自適應(yīng)鎖

有相當(dāng)多一段代碼在代碼同步塊中只運(yùn)行一小會(huì)兒，如果為了等待這一會(huì)兒去掛起和恢復(fù)線程，切換線程帶來的開銷不是很值得，在引入了自旋鎖后，當(dāng)遇到鎖被別的線程占用的時(shí)候，這個(gè)線程就進(jìn)入一段忙循環(huán)，這就是自旋。

但是如果多次忙循環(huán)后仍然獲取不到鎖，那么只能掛起線程將鎖升級(jí)為重量級(jí)鎖了。

自適應(yīng)鎖會(huì)記錄之前在代碼同步快的運(yùn)行時(shí)間來決定是否要執(zhí)行自旋以及自旋的時(shí)間，如果之前自旋成功過，那么這次也很有可能會(huì)自旋成功。如果之前自旋失敗，那么就省略掉自旋過程直接掛起線程避免浪費(fèi) CPU 資源。

通過輕量級(jí)鎖來代替 synchronized

輕量級(jí)鎖設(shè)計(jì)出來是想要在競爭較少的情況下減少 synchronized 的性能消耗，而不是用來代替 synchronized 的。想要看懂輕量級(jí)鎖的使用需要對(duì) Java 對(duì)象頭有一定的了解。關(guān)于 Java 對(duì)象頭可以參考。好，接下來我就默認(rèn)認(rèn)為你懂 Mark Word 是什么了。

鎖的膨脹過程是 偏向鎖→輕量級(jí)鎖→重量級(jí)鎖，膨脹過程的單方向的。不能縮小回來。

下面是 Mark Word 的內(nèi)容和鎖的關(guān)系。

存儲(chǔ)內(nèi)容標(biāo)志位狀態(tài)

對(duì)象哈希碼，對(duì)象分代年齡	01	未鎖定
指向記錄鎖指針	00	輕量級(jí)鎖定
指向重量級(jí)鎖指針	10	膨脹(重量級(jí)鎖定)
空	11	GC 標(biāo)記
偏向線程 id，時(shí)間戳，分代年齡	01	可偏向

偏向鎖

偏向鎖的思想就是：鎖經(jīng)常被同一個(gè)線程重復(fù)獲取，那么可以通過設(shè)置偏向鎖來避免使用重量級(jí)鎖。因?yàn)槿绻@段時(shí)間只有這一個(gè)線程在重復(fù)獲取這個(gè)對(duì)象的鎖，那么對(duì)這部分代碼的同步就是無意義的。

當(dāng)線程獲取鎖的時(shí)候發(fā)現(xiàn) Mark Word 是未鎖定的狀態(tài)，那么就采用 CAS 把這個(gè) Mark Word 設(shè)置成偏向狀態(tài)，把這個(gè)線程的 id 設(shè)置進(jìn)去，然后如果這個(gè)線程再次獲取這個(gè)鎖的時(shí)候發(fā)現(xiàn)這個(gè)偏向鎖的 id 和當(dāng)前線程的 id 一樣則不需要同步直接運(yùn)行。

當(dāng)有另外一個(gè)線程嘗試獲取這個(gè)偏向鎖的時(shí)候，鎖會(huì)恢復(fù)到未鎖定或者輕量級(jí)鎖的狀態(tài)。

• 如果對(duì)象未被鎖定，則會(huì)變成未鎖定的，不可偏向的對(duì)象
• 如果對(duì)象被鎖定了，則會(huì)變成輕量級(jí)鎖狀態(tài)

如果大多數(shù)鎖總是被多個(gè)不同的線程訪問，那么偏向模式就是多余的，可以 采用 --XX:UseBiaseLocking 來禁止偏向鎖來提高性能。

輕量級(jí)鎖

當(dāng)線程進(jìn)入一個(gè)代碼同步塊的時(shí)候，虛擬機(jī)將使用 CAS 將 Mark Word 更新為指向 Lock Record 的指針。如果成功則線程擁有這個(gè)對(duì)象鎖，mark word 將被設(shè)為 00。

如果更新失敗，則檢查該線程是否持有這個(gè)對(duì)象鎖，如果已經(jīng)持有則直接向下執(zhí)行

如果沒有持有這個(gè)對(duì)象鎖則輕量級(jí)鎖膨脹為重量級(jí)鎖，鎖標(biāo)志狀態(tài)變?yōu)?10。

參考文獻(xiàn)

• 周志明. 深入理解 Java 虛擬機(jī) [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.
• 方騰飛.Java 并發(fā)編程的藝術(shù) [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2015.
• 深入理解Java并發(fā)之synchronized實(shí)現(xiàn)原理
• [JVM底層又是如何實(shí)現(xiàn)synchronized的

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/zjmeow/p/9818739.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的自顶向下彻底理解 Java 中的 Synchronized的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。