多线程锁之 Synchronized

Synchronized 基本语法

synchronized 有三中方式加锁：

1. 修饰实例方法，作用于当前实例加锁，进入同步方法前要获得当前实例的锁
2. 修饰静态方法，作用于当前类对象加锁，进入同步方法前要获得当前类对象的锁
3. 修饰代码块，需要指定加锁对象，对指定对象加锁，进入同步方法前要获得指定对象的锁

锁对象

Synchronized 也被叫做对象锁，锁的标识是存储在对象头中的 MarkWord 中的。

对象在内存中的结构

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对象头中存储的信息

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锁状态

偏向锁

说明：大部分情况下锁仅仅是由一个线程获取的，为了让线程获取锁的代价更低就引入了偏向锁，
     偏向锁持有某个线程ID，该线程再次进入和退出同步代码块时就不用获取和释放锁了。

实现：在锁对象的对象头的 MarkWord 中存储持 线程ID和偏向锁的标识

轻量级锁(自旋锁)

说明：当线程发生锁竞争的情况后，因为偏向锁是不会释放锁的，所以偏向锁要立即升级到轻量级锁。
     对于轻量级锁线程是可以通过CAS自旋的方式进行锁的竞争

实现：
    1. 在线程自己的栈桢中创建 锁记录 LockRecord
    2. 将锁对象中的MarkWord复制到 LockRecord中
    3. 将 LockRecord 中的 Owner 指向锁对象
    4. 将锁对象中的 MarkWord 替换为指向锁记录的指针

重量级锁

说明：未获取到锁的线程将会被阻塞，线程会被挂起，进入 Linux 内核。
     获取锁和释放锁都需要在 Linux 内核和用户内核之间进行切换，严重影响锁的性能。

实现：每个对象都会与一个 monitor 监视器关联，由JVM实现。

锁升级的过程

1. 获取锁对象的 MarkWord，判断是否处于可偏向状态（biased_lock = 1 且 threadId 为空）

2. 如果锁是可偏向状态，则通过 CAS 获取锁（尝试把当前线程ID 写入 MarkWord）

   • CAS成功：表明该线程获取到锁了，执行同步代码
   • CAS失败：表明其他线程抢先获取到了锁，这时产生了锁竞争的情况，这时需要撤销偏向锁，将锁升级到轻量级锁（这个操作需要等到全局安全点执行，即没有线程在执行字节码的时候），未获取到锁的线程会进行自旋+CAS 的方式获取锁，在一定次数的尝试获取后
     • 成功获取到锁：锁还是维持轻量级锁
     • 未获取到锁：升级到重量级锁（说明线程在执行同步代码的时候需要很多时间，因为自旋的时候是需要消耗CPU资源的，所以一旦自旋次数超过一定阈值，还未获取到锁，则说明锁需要升级到重量级锁）

3. 如果锁已经是偏向状态，判断 MarkWord 中的线程ID是否等于当前线程的ID

   • 相等：则不用再次获取锁，可以直接执行同步代码
   • 不相等：同第2步的 “CAS失败”

wait、notify 实现原理

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