什么是synchronized

synchronized可以保证某个代码块或者方法被一个线程占有，保证了一个线程的可先性。java 1.6之前是重量级锁，在1.6进行了各种优化，就不那么重了，并引入了偏向锁和轻量级锁，以及锁的存储结构和升级过程。

synchronized实现方式

Java中每个对象都可以作为锁：

  • 对于普通同步方法，锁是实例对象。
  • 对于静态通同步方法，锁是当前类的Class对象。
  • 对于同步方法块，锁是Synchronized括号里的配置对象。

synchronized实现原理

synchronized可以保证方法或者代码块在运行时，同一个时刻只有一个线程可以进入到临界区，同时它还可以保证共享变量的可见性。

JVM基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步。通过monitorenter和monitorexit指令实现。前者是编译后插入到同步代码块开始的位置，后者是插入到方法结束和异常处。JVM保证每个monitorenter和monitorexit指令是配对的，任何对象都会有一个monitor与之关联，当对对象的monitor被持有后，它就是处于锁定状态。线程执行到monitorenter时，就会尝试获取对象monitor的所有权，就是获取对象锁。

sychronized 特点

  1. 不能被继承，但是可以调用父类的同步方法达到同步的目的。
  2. 一个线程访问一个对象的synchronized方法或者代码块的时候，其他线程访问该对象的synchronized方法或者代码块将被阻塞，但是非synchronized方法或者代码块还是可以访问 的。
  3. 不论sychronized 放在对象还是方法上，如果它作用的是非静态的，那么获得锁是对象，如果是静态的，那么获得锁是类，最后导致获得所有对象的锁。

锁的升级和对比

锁一共有四种状态：

  1. 无锁
  2. 偏向锁
  3. 轻量级锁
  4. 重量级锁
锁的升级

锁可以升级，但是不能降级。

这样的规则目的是为了提高获得锁和释放锁的效率。

偏向锁
作用

大多数情况下不存在锁的竞争，为了降低同一线程获得锁的开销，就在锁的对象头中加入这一线程的ID，这样，在之后这个线程进入和退出同步块的时候就不需要CAS操作来实现加锁和解锁。

升级

当线程1访问代码块并获取锁对象时，会在java对象头和栈帧中记录偏向的锁的threadID，因为偏向锁不会主动释放锁，因此以后线程1再次获取锁的时候，需要比较当前线程的threadID和Java对象头中的threadID是否一致，如果一致（还是线程1获取锁对象），则无需使用CAS来加锁、解锁；如果不一致（其他线程，如线程2要竞争锁对象，而偏向锁不会主动释放因此还是存储的线程1的threadID），那么需要查看Java对象头中记录的线程1是否存活，如果没有存活，那么锁对象被重置为无锁状态，其它线程（线程2）可以竞争将其设置为偏向锁；如果存活，那么立刻查找该线程（线程1）的栈帧信息，如果还是需要继续持有这个锁对象，那么暂停当前线程1，撤销偏向锁，升级为轻量级锁，如果线程1 不再使用该锁对象，那么将锁对象状态设为无锁状态，重新偏向新的线程。

轻量级锁
作用

利用CAS算法，线程通过自旋的方式获取锁。这样，线程不会被阻塞。

加锁

首先JVM在线程的栈帧中创建锁记录存储空间，然后把锁对象头中的Markword复制到栈帧中。再通过利用CAS方法将锁对象的markword替换为指向线程栈帧锁记录的指针。如果成功替换，就获得了当前锁，如果已经被其他线程替换了，那么就会自旋获取锁。

解锁

将栈帧的markword再利用CAS放回对象的头中。

升级

其它线程自旋获取锁的次数是有限制的，比如10次或者100次，如果自旋次数到了线程1还没有释放锁，或者线程1还在执行，线程2还在自旋等待，这时又有一个线程3过来竞争这个锁对象，那么这个时候轻量级锁就会膨胀为重量级锁。重量级锁把除了拥有锁的线程都阻塞，防止CPU空转。

锁的比较

java的synchronized块 java synchronized详解_java的synchronized块



synchronized使用

修饰方法和代码块

修饰方法很简单，就在方法前面加一个synchronized关键字。

public synchronized void method()
{
   // todo
}

public void method()
{
   synchronized(this) {
      // todo
   }
}
指定给某个对象加锁
public void method3(SomeObject obj)
{
   //obj 锁定的对象
   synchronized(obj)
   {
      // todo
   }
}

上面的代码中，通过synchronized 给obj对象加锁。当其他线程想要访问obj，就会被阻塞。

class Test implements Runnable
{
   private byte[] lock = new byte[0];  // 特殊的instance变量
   public void method()
   {
      synchronized(lock) {
         // todo 同步代码块
      }
   }
 
   public void run() {
 
   }
}

如果只是想要一个锁，可以利用特殊的实例来充当锁。

修饰静态的方法
public synchronized static void method() {
   // todo
}

因为静态方法是属于这个类的， 而不是实例化的对象，所以，synchronized 修饰的是静态方法锁定的这个类的所有对象。

修饰类
class ClassName {
   public void method() {
      synchronized(ClassName.class) {
         // todo
      }
   }
}

和修饰静态方法一样，所有对象都共有这把类锁。