synchronized

• ​首先说下其使用特点：

1. 排他：一个对象的锁只在一个时间段内，只能被一个线程持有，其它企图持有锁的线程都处于blocked状态（或是自旋状态running）

2. 非公平：不是先申请就能先得到锁（jdk1.5后，ReentrantLock可以代替synchronized，可选择公平还是非公平，不过公平锁的吞吐量要低很多，数倍，ReentrantLock的效率不一定更高，但是代码会更易读）

 

• 内部：

先介绍下对象头信息，JVM里面每个对象都有一个对象头，普通对象两个字，数组3个字（字长为虚拟机位数，32、64）

长度	内容	说明
字(32/64)	Mark Word	存储对象的hashcode，分代年龄，锁信息
字(32/64)	Class Metadata Address	对象的类对象的指针
字(32/64)	Array Length	数组长度（如果是数组的话）

 

 

 

 

 

在本主题只介绍Mark Word内容，32位jvm如下：

 

64位如下：

  

 

 

 

1. 偏向锁(Biased)：

   场景，某线程获得锁之后，为了消除此线程锁重入的开销（CAS），就像此线程得到了偏袒。

   对象A，线程T，T竞争A上的锁，动作如下：

   先检查，发现对象A处于初始状态（Tag为01，偏向信息为0），可以加偏向锁；

   如果A上已经有偏向信息（注意，不是锁，这意味着现在就有或是曾经加过偏向锁，Tag为01，偏向信息为1，Thread Id为T），T也就是当前线程嘛，那就是重入，啥也不用做，继续操作；如果不是当前线程，那就是有不同线程竞争锁，那就要将偏向锁撤销（revode）为轻量锁，再升级为自旋-->重量锁。这个撤销操作，稍后介绍。

    

   这就是加偏向锁的条件及过程，若是其它情况偏向锁都不会启用。
   重入：发现有偏向锁，检查threadid是否就是当前线程，是，那么重入成功。

   解锁：要等到非本线程竞争者出现，才会撤销。（意思是，就算同步块已经完成，mark value也不会恢复未加锁状态）
   
   

   总结：在没有不同线程加锁的情况下，重入开销小（cas操作都不需要），解锁是被动的（开销也小），但是一旦换个线程来竞争锁，就得-->轻量锁-->自旋-->重量。

    

2. 轻量锁(Light-weight)：

   场景：线程T1曾经获取了对象A上的锁（最初就是偏向锁，当然也可能是轻量锁），然后释放了，线程T2尝试获取A上的锁，此时轻量锁就派上用场了。
   
   先判断A的Mark Value的内容，无锁，或是曾经有偏向锁；
   T2的栈里面会新生成一个lock record对象，其内容就是A的Mark Value的copy；
   通过CAS操作，将A的MarkValue设为lock record地址，将tag设为00，如果成功，那么就获取锁成功；失败，那说明已经有别的线程已经先一步获A上的锁了，那么就要升级到自旋或是重量锁。
   
   重入：也就是判断A的Mark Value时，发现有轻量锁，其地址指向的lock record就在T2的栈内，每一次重入，都会在T2的栈上新生成一个lock record，过程和新上锁一样，实际上就形成了一个版本队列，栈上第一个lock record保存的内容是第一次获取A的锁的时候的内容（无锁，或是曾经有偏向锁），第二个lock record保存的就是第一次获取锁之后A上Mark Value的内容。。。
   解锁：通过CAS操作将T2栈上的lock record还原到A的Mark Value中，如果操作成功，那么解锁成功，失败则说明有别的线程在竞争A上的锁，已经升级为自旋或是重量锁了。
   
   总结：在没有多线程竞争的情况下，首次加锁或重入加锁的开销都差不多，一个CAS操作，但是一旦出现多线程竞争，就往自旋或是重量锁转变。
   
   

3. 自适应自旋锁：

   任务本身要做的事如果很短，比如就是个计数器，这时如果使用阻塞锁，那么切换线程的开销可能比任务本身还大。

   自旋就是为了优化这个问题，让线程执行一个无意义循环来竞争锁，如果竞争不到，继续循环（而不是线程阻塞），直到获取锁，或是达到某一个基于统计的次数（基于JVM运行时的统计，这个次数称为上界，这就是自适应）而仍然没有拿到锁，那就转换为阻塞锁。此过程中线程一直处于RUNNABLE状态，直到任务完成或是转换成阻塞锁，转换为阻塞锁，线程就处于BLOCKED状态。

   可以抽象的解释为：线程会先不断尝试竞争锁（有次数限制，上界），超过次数，那么说明资源很紧俏，别老嚷嚷了，认命吧，进入阻塞状态安心等待。

   好处：不用第一次失败就进入阻塞队列（可能没有队列，空间优化），失败一定次数了，那么说明资源很紧俏，别老嚷嚷了，嚷嚷也要口水的，不如等资源管理者给你分配更有效（时间优化）。

4. 阻塞锁（重量锁，Monitor）：

   线程竞争锁的时候先尝试一把，如果失败或是锁已经被拿走，那么线程进入BLOCKED状态，并被塞入阻塞队列。等到锁释放，队列中的锁又来打一次群架，成功的做事，失败的老实呆着。
   具体的可以参考另外一篇：http://blog.csdn.net/chen77716/article/details/6618779

   线程的阻塞和唤醒需要CPU从用户态转为核心态，频繁切换的开销还是挺大的。

    

5. 待续