Synchonronized锁的用法：
我们在平时写代码中会经常用到synchronized关键字进行加锁，我们知道synchronized是java的关键字，同时支持自动解锁的功能。然后总结一下synchronized的用法：
- 修饰实例方法，作用于当前实例加锁，进入同步代码前要获得当前实例的锁
- 静态方法，作用于当前类对象加锁，进入同步代码前要获得当前类对象的锁
- 修饰代码块，指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁。
Synchronized的原理：
synchronized是如何实现锁：
了解了对象头以及monitor以后，接下来去分析synchronized的锁的实现，就会相对简单了。前面讲过synchronized的锁是进行过优化的，引入了偏向锁、轻量级锁；锁的级别从低到高逐步升级， 无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁.锁的类型：锁从宏观上分类，分为悲观锁与乐观锁。
乐观锁：
乐观锁是一种乐观思想，即认为读多写少，遇到并发写的可能性低，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，采取在写时先读出当前版本号，然后加锁操作（比较跟上一次的版本号，如果一样则更新），如果失败则要重复读-比较-写的操作。java中的乐观锁基本都是通过CAS操作实现的，CAS是一种更新的原子操作，比较当前值跟传入值是否一样，一样则更新，否则失败。
自旋锁（CAS）：
自旋锁就是让不满足条件的线程等待一段时间，而不是立即挂起。看持有锁的线程是否能够很快释放锁。怎么自旋呢？其实就是一段没有任何意义的循环。虽然它通过占用处理器的时间来避免线程切换带来的开销，但是如果持有锁的线程不能在很快释放锁，那么自旋的线程就会浪费处理器的资源，因为它不会做任何有意义的工作。所以，自旋等待的时间或者次数是有一个限度的，如果自旋超过了定义的时间仍然没有获取到锁，则该线程应该被挂起。JDK1.6中-XX:+UseSpinning开启； -XX:PreBlockSpin=10 为自旋次数； JDK1.7后，去掉此参数，由jvm控制；
偏向锁：
大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。下图就是偏向锁的获得跟撤销流程图：
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当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁，只需简单地测试一下对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁。如果测试成功，表示线程已经获得了锁。如果测试失败，则需要再测试一下Mark Word中偏向锁的标识是否设置成01（表示当前是偏向锁）：如果没有设置，则使用CAS竞争锁；如果设置了，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。执行同步块。这个时候线程2也来访问同步块，也是会检查对象头的Mark Word里是否存储着当前线程2的偏向锁，发现不是，那么他会进入 CAS 替换，但是此时会替换失败，因为此时线程1已经替换了。替换失败则会进入撤销偏向锁，首先会去暂停拥有了偏向锁的线程1，进入无锁状态(01).偏向锁存在竞争的情况下就回去升级成轻量级锁。
开启：-XX:+UseBiasedLocking -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 -client -Xmx1024m -Xms1024m
关闭：-XX:+UseBiasedLocking -client -Xmx512m -Xms512m
轻量级锁：
引入轻量级锁的主要目的是在多没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。当关闭偏向锁功能或者多个线程竞争偏向锁导致偏向锁升级为轻量级锁，则会尝试获取轻量级锁，下面是轻量级锁的流程图：
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在代码进入同步块的时候，如果同步对象锁状态为无锁状态（锁标志位为“01”状态），虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录（Lock Record）的空间，用于存储锁对象目前的Mark Word的拷贝，官方称之为 Displaced Mark Word。这个时候 JVM会尝试使用 CAS 将 mark Word 更新为指向栈帧中的锁记录（Lock Record）的空间指针。并且把锁标志位设置为 00(轻量级锁标志)，与此同时如果有另外一个线程2也来进行 CAS 修改 Mark Word，那么将会失败，因为线程1已经获取到该锁，然后线程2将会进行 CAS操作不断的去尝试获取锁，这个时候将会引起锁膨胀，就会升级为重量级锁，设置标志位为 10.
由轻量锁切换到重量锁，是发生在轻量锁释放锁的期间，之前在获取锁的时候它拷贝了锁对象头的markword，在释放锁的时候如果它发现在它持有锁的期间有其他线程来尝试获取锁了，并且该线程对markword做了修改，两者比对发现不一致，则切换到重量锁。轻量级解锁时，会使用原子的CAS操作来将Displaced Mark Word替换回到对象头，如果成功，则表示同步过程已完成。如果失败，表示有其他线程尝试过获取该锁，则要在释放锁的同时唤醒被挂起的线程进入等待。
重量级锁：
重量级锁通过对象内部的监视器（monitor）实现，其中monitor的本质是依赖于底层操作系统的Mutex Lock实现，操作系统实现线程之间的切换需要从用户态到内核态的切换，切换成本非常高。主要是，当系统检查到锁是重量级锁之后，会把等待想要获得锁的线程进行阻塞，被阻塞的线程不会消耗cup。但是阻塞或者唤醒一个线程时，都需要操作系统来帮忙，这就需要从用户态转换到内核态，而转换状态是需要消耗很多时间的，有可能比用户执行代码的时间还要长。这就是说为什么重量级线程开销很大的。
monitor这个对象，在hotspot虚拟机中，通过ObjectMonitor类来实现 monitor。他的锁的获取过程的体现会简单很多。每个object的对象里 markOop->monitor() 里可以保存ObjectMonitor的对象。
总结： 锁的markword会从无锁（01） ——>轻量级锁（00） 进行自旋 ——>重量级锁（10） 。 重量级锁有一个monitor，会监控锁的状态，同时导致其他线程阻塞，操作系统会从用户态转为内核态，造成的资源开销很大，所以膨胀到重度级锁后性能会下降。
参考文献：
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