1.锁

synchronized同步原理
a.synchronized修饰方法时，锁的是当前实例对象；
b.synchronized修饰的是静态同步方法时，锁的是当前对象的class对象；
c.synchronized修饰同步代码块，锁的是synchronized括号里配置的对象。

同步代码块通过monitorenter和monitorexit指令实现，在JVM执行时，会在同步块的区域通过监听器对象去get锁和release锁，从而在字节码层面来控制代码同步.
同步方法和静态同步方法依靠的是方法修饰符上的ACC_SYNCHRONIZED实现。JVM根据该修饰符来实现方法的同步。当方法调用时，调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否已经被设置，如果是，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。在方法执行期间，其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。

Java对象的构成

1.对象头；
2.实例变量；
3.填充数据

实例变量：存储类的属性数据信息，包括父类的属性信息，如果是数组的实例部分，还包含数组的长度。
填充数据：JVM对象的起始地址必须是8字节的整数倍，故为了保证整数倍，才有了填充数据的存在，保证了字节的对齐。
对象头：包含标记字段（mark down）和类型指针（class point）,mark down用于存储对象自身的运行时数据，主要有HashCode、GC分代年龄，锁状态标记，偏向锁的线程id，偏向时间戳，轻量级锁等；
对象头存储格式：

长度	内容	说明
32/64bit	mark down	存储hashcode和锁信息
32/64bit	class metadata address	存储到对象类型数据的指针
32/64bit	list length	如果当前对象是数组，则表示数组的长度

mark down数据格式

32位JVM的mark down数据格式.png

1.1 偏向锁

很多场景中，锁的竞争度是很低的，很多时候总是由同一个线程反复的获取同一个锁。偏向锁针对这种场景而设计，降低了线程获取锁的代价。偏向锁的实现原理：当一个线程访问同步代码块获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，以后该ID的线程在进入和退出同步代码块时不需要CAS操作来加锁和解锁，只需要测试一下对象头的Mark down里是否保存着指向当前线程的偏向锁，如果是，则获得锁；否则，验证Mark down中的偏向锁的标识是否设置为1（1表示当前锁是偏向锁），如果为1，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程；否则使用CAS竞争获得锁。
jdk15版本默认情况下禁用偏向锁（主要维护成本比较高），后续是否还支持偏向锁待考虑。

当锁有竞争关系的时候，需要解除偏向锁，进入轻量锁。

1.2 轻量锁

加锁：
线程在执行同步代码块之前，如果同步对象没有被锁定（即锁标记=01），JVM会在当前线程的栈帧中创建用于存储锁记录的空间Lock record，然后线程尝试使用CAS将对象中的mark down替换为指向Lock record的指针，并将对象的mark down状态更新为锁标记=01，则获得轻量级锁成功。

轻量级锁.jpg

如果CAS更新操作失败了，则检查当前对象的mark down是否指向当前线程的栈帧，如果是说明当前线程已经拥有了该对象的锁，可以直接进入同步块继续执行，否则说明该锁对象已经被其他线程抢占。如果有多个线程同时竞争同一个锁，则轻量级锁升级为重量级锁，锁标识状态为10，mark down中存储的是指向重量级锁的指针，等待线程进入阻塞状态。

解锁：
如果当前对象的mark down仍然指向这线程的锁记录，那就用CAS操作把对象当前的mark down和lock recod中的替换回来，如果成功，则同步过程完成；如果失败，则说明其他线程尝试获得过该锁，要在释放锁的时候，唤起被挂起的线程。

1.3 重量级锁

重量级锁需要操作系统内核支持，需要......

锁的状态转化.jpg

锁	优点	缺点	适用场景
	加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法的差距很小		适用只有一个线程访问同步代码块的场景
	竞争的线程不会阻塞，提高程序的相应速度		最求相应时间，同步代码块执行速度快
	线程竞争不使用自旋，不会消耗CPU		最求吞吐量，同步块执行时间长的场景

1.3 自旋锁

在线程通过互斥同步时，会出现阻塞的情况，会导致线程的挂起和线程的恢复，这两种操作需要在内核态中完成，带来系统的并发性能带来很大压力。而大部分锁定状态持续的时间比较短，线程的挂起和恢复很影响性能。当物理机器有多个CPU时，多个线程并行执行时，自旋锁让后面没有立即获得锁的线程等待一下，即执行一个忙循环（自旋），但不放弃CPU执行时间。如果持有的线程很快释放了锁，那么该线程可以再次竞争锁。当自旋次数太多时，也会白白占用CPU时间，故当线程自旋了n（默认10次，可通过参数-XX:PreBlockSpin设置）次之后，仍然不能够获得锁，那么则让线程挂起。

JDK1.6引入了自适应自旋锁，一个线程自旋的次数不再固定，而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。

总结：

1.优先使用偏向锁，如果发生线程争用，则升级为自旋锁（乐观锁），自旋10次以后，仍然有线程争用，则升级为重量级锁；
2.锁只可升级，不可降级；
3.通常执行时间短，线程数少，则使用自旋；如果执行时间长，线程数多，适合重量级锁；
4.synchronized是线程可重入锁；
5.synchronized不要使用String,常量,Integer,Long等，因为JVM的原因。

1.4 AQS抽象队列同步器

AQS（Abstract Queued Synchronizer）抽象队列同步器，AbstractQueuedSynchronizer.class位于java.util.concurrent.locks包，它基于CLH（Craig，Landin，and Hagersten，一个虚拟的双向FIFO队列）队列，用volatile修饰共享变量state，线程使用乐观锁CAS (V，A，B)去修改state，成功则获取锁成功，失败则进入等待队列，在等待被唤醒时，使用自旋（while(!CAS (V，A，B))）的方式，不停地尝试获取锁，直到获取成功。常见的具体实现然后有:ReentrantLock（独占锁）、Semaphore(共享锁)、CountDownLatch(共享锁)、ReadWriteLock(共享锁)，CyclicBarrier(共享锁)等。