synchronized关键字的底层原理

1synchronized关键字的底层原理

Monitor

举个例子：

1.线程1执行synchronized代码块，里面用到了lock(对象锁)。首先会让这个lock对象和monitor关联，判断monitor中的owner属性是否为null。如果为null直接获取对象锁。owner只能关联一个线程。

2.现在其他线程来了，发现owner不为空，全部进入entrylist中等待。一旦线程1执行完，把锁释放了，owner又为空了，这时候entrylist中的线程就会去抢对象锁（大家共同去抢，不是先来先得！）。

3.当线程进入synchronized同步代码块并调用wait()方法时，它会释放对该对象的锁，并将自身放入与该对象关联的monitor对象的waitset中。这样，线程就进入了等待状态，等待其他线程调用notify()或notifyAll()方法将其唤醒。

2.synchronized关键字的底层原理-进阶

1.锁升级

注：一旦发生线程竞争的情况还是要用到monitor。

2.对象锁如何关联到monitor的？

对象头：这部分包含了对象的元数据信息，如对象的哈希码、分代年龄、锁标志位等。对于非数组对象，对象头通常是8字节，而对于数组对象，对象头会增加4字节用于存储数组的长度。
实例数据 ：这部分包含了对象的非静态成员变量。这部分的大小取决于对象中属性的数量和类型。例如，一个int类型的属性会占用4字节，一个String类型的属性会占用更多的字节。
对齐填充：这部分是为了确保对象的总大小是8的倍数。这是因为HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，换句话说就是对象的大小必须是8字节的整数倍。

如果使用synchronized给对象上锁(重量级)之后，对象锁的MarkWord(对象头)中的ptr_to_heavyweight_monitor就被设置指向monitor对象的地址。由此来找到需要关联的monitor。

3.轻量级锁

java 复制代码

    static final Object obj = new Object();
    public static void method1() {
        synchronized (obj) {
            // 同步块 A
            method2();//调用method2
        }
    }
    public static void method2() {
        synchronized (obj) {//同一线程重入同一把锁
        // 同步块 B
        }
    }

加锁过程

1.在线程栈中创建一个Lock Record，将其obj字段指向锁对象。

2.通过CAS指令将Lock Record的地址存储在对象头的mark word中（数据进行交换），如果对象处于无锁状态则修改成功，代表该线程获得了轻量级锁。

3.如果是当前线程已经持有该锁了，代表这是一次锁重入。设置Lock Record第一部分为null，起到了一个重入计数器的作用。

4.如果CAS修改失败，说明发生了竞争，需要膨胀为重量级锁。

解锁过程

1.遍历线程栈,找到所有obj字段等于当前锁对象的Lock Record。

2.如果Lock Record的Mark Word为null，代表这是一次重入，将obj设置为null后 continue。

3.如果Lock Record的 Mark Word不为null，则利用CAS指令(保证原子性)将对象头的mark word 恢复成为无锁状态。如果失败则膨胀为重量级锁。

4.偏向锁(轻量级锁的优化)

轻量级锁在没有竞争时（就自己这个线程），每次重入仍然需要执行 CAS 操作。

Java 6 中引入了偏向锁来做进一步优化：只有第一次使用 CAS 将线程 ID 设置到对象的 Mark Word 头，之后发现：这个线程 ID 是自己的就表示没有竞争，不用重新 CAS。以后只要不发生竞争，这个对象就归该线程所有。

java 复制代码

    static final Object obj = new Object();
    public static void m1() {
        synchronized (obj) {//第一次获取锁
        // 同步块 A
            m2();
        }
    }
    public static void m2() {
        synchronized (obj) {//第一次重入锁
        // 同步块 B
            m3();
        }
    }
    public static void m3() {
        synchronized (obj) {//第二次重入锁

        }
    }

多次重入锁，可以用偏向锁提升性能。

加锁的流程

1.在线程栈中创建一个Lock Record，将其obj字段指向锁对象。