Synchronized（一）

如噩梦一样的考试结束了，让我们剖析一下Synchronized吧😁

为了了解java里这个元老---Synchronized，我们知道他的几种使用方式

• 同步普通方法，锁的是当前对象。

public synchronized void SimpleMethod() {
    // code
}

• 同步静态方法，锁的是当前 Class 对象。

public static synchronized void staticMethod() {
    // code
}

• 同步块，锁的是 () 中的对象。

public void Lock() {
    Object o = new Object();
    Synchronized (o) {
            // code
    }
}

写一段简单的代码试试看，底层到底干了什么。

public class TestSynchronize {
    public static void main(String[] args) {
        synchronized (TestSynchronize.class) {
            testSynchronize();
        }
    }

    public synchronized static void testSynchronize() {
        System.out.println("hello synchroinze");
    }
}

临界区：就是同时只允许一个线程访问的代码区域，那么synchronized修饰代码区域，就是临界区

先用javap看一下，jvm对synchronize的处理

从红色圈圈可以看到，JVM对于synchronize，指令级别增加了monitorenter和moniterexit。

访问synchronize修饰的代码块，通过对象监视器( Monitor )进行获取，而这个获取过程排除了其他线程进入，保证了同一时间只有一个线程来访问。而没有获取到锁的线程将会阻塞到synchronize开始处，直到获取锁的线程 monitor.exit 之后才能尝试继续获取锁。

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对象监视器（Monitor）

Java虚拟机给每个对象和class字节码都设置了对象监听器Monitor，每个对象都可以被监视。同时在Object类中还提供了notify和wait方法来对线程进行控制。

Monitor机制：

Monitor保证每次只能有一个线程能进入这个房间进行访问被保护的数据，数据进入房间即为持有Monitor，退出房间即为释放Monitor。

当一个线程需要访问受保护的数据（即需要获取对象的Monitor）时，它会首先在entry-set入口队列中排队，如果没有其他线程正在持有对象的Monitor，那么它会和entry-set队列和wait-set队列中的被唤醒的其他线程进行竞争（即通过CPU调度），选出一个线程来获取对象的Monitor，执行受保护的代码段，执行完毕后释放Monitor，如果已经有线程持有对象的Monitor，那么需要等待其释放Monitor后再进行竞争。

wait-set:当一个线程拥有Monitor后，经过某些条件的判断，这个时候需要调用Object的wait方法，线程就释放了Monitor，进入wait-set队列，等待Object的notify方法。当该对象调用了notify方法 或者notifyAll方法后，wait-set中的线程就会被唤醒，然后在wait-set队列中被唤醒的线程和entry-set队列中的线程一起通过CPU调度来竞争对象的Monitor，最终只有一个线程能获取对象的Monitor。

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Object类wait和notify

这里Object提供了Object.wait()和Object.notify()

• wait方法
  wait有三个重载方法，分别如下：

wait()
wait(long millis)
wait(long millis, int nanos) 

后面两个传入了时间参数（nanos表示纳秒），表示如果指定时间过去还没有其他线程调用notify或者notifyAll方法来将其唤醒，那么该线程会自动被唤醒。

当前线程必须获取到了obj的Monitor，调用其obj.wait()，即wait必须放在同步方法或同步代码块中。执行wait方法后，线程进入等待状态。

• notify方法
  notify：只能唤醒一个正在等待这个对象的monitor的线程
  notifyAll：会唤醒所有正在等待这个对象的monitor的线程

  调用notify方法，必须要等同步代码块结束后才会释放Monitor,必须保证其他线程处于wait状态，否则调用notify没有任何效果。也就是wait和notify/notifyAll必须配合使用。

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Java对象头

Synchronized用的锁是存在Java对象头里的，这里就需要了解对象头的结构

java对象头有以下两种（32位JVM）：

• 普通对象

|--------------------------------------------------------------|
|                     Object Header (64 bits)                  |
|------------------------------------|-------------------------|
|        Mark Word (32 bits)         |    Klass Word (32 bits) |
|------------------------------------|-------------------------|

• 数组对象

|---------------------------------------------------------------------------------|
|                                 Object Header (96 bits)                         |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|
|        Mark Word(32bits)       |    Klass Word(32bits) |  array length(32bits)  |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|

对象头的组成：

• Mark Word

存储对象自身的运行时数据（hashcode,gc分代年龄），大小为JVM一个字的大小，（32bit/32位虚拟机，64bit/64位虚拟机），其中后两位是标记位，标记位不同，这个markword表示的含义不同

biased_lock	lock	状态
0	01	无锁
1	01	偏向锁
0	00	轻量级锁
0	10	重量级锁
0	11	GC标记

不同情况对应的Mark Word如下

|-------------------------------------------------------|--------------------|
|                  Mark Word (32 bits)                  |       State        |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| identity_hashcode:25 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 |       Normal       |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
|  thread:23 | epoch:2 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 |       Biased       |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
|               ptr_to_lock_record:30          | lock:2 | Lightweight Locked |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
|               ptr_to_heavyweight_monitor:30  | lock:2 | Heavyweight Locked |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
|                                              | lock:2 |    Marked for GC   |
|-------------------------------------------------------|--------------------|

• 普通对象
  identity_hashcode：25位的对象标识Hash码，采用延迟加载技术。调用方法System.identityHashCode()计算，并会将结果写到该对象头中。当对象被锁定时，该值会移动到管程Monitor中。
  age：4位的Java对象年龄。在GC中，如果对象在Survivor区复制一次，年龄增加1。当对象达到设定的阈值时，将会晋升到老年代
  biased_lock：对象是否启用偏向锁标记，只占1个二进制位。为1时表示对象启用偏向锁，为0时表示对象没有偏向锁。

• 偏向锁
  thread：持有偏向锁的线程ID。
  epoch：偏向时间戳。

• 轻量级锁
  ptr_to_lock_record：指向栈中锁记录的指针。

• 重量级锁
  ptr_to_heavyweight_monitor：指向管程Monitor的指针。

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PS:今天不早了，明天继续分析Synchronized，四种锁的状态如何切换🤓