Synchronized

  1. public void produce() {
  2.     synchronized (this) {
  3.         while (mBuf.isFull()) {
  4.             try {
  5.                 wait();
  6.             } catch (InterruptedException e) {
  7.                 e.printStackTrace();
  8.             }
  9.         }
  10.         mBuf.add();
  11.         notifyAll();
  12.     }
  13. }

到了JDK1.6，发生了变化，对synchronize加入了很多优化措施，有自适应自旋，锁消除，锁粗化，轻量级锁，偏向锁等等。导致在JDK1.6上synchronize的性能并不比Lock差。

Synchronized可见性

工作内存和主内存

JMM中关于synchronized有如下规定，线程加锁时，必须清空工作内存中共享变量的值，从而使用共享变量时需要从主内存重新读取；线程在解锁时，需要把工作内存中最新的共享变量的值写入到主存，以此来保证共享变量的可见性。(ps这里是个泛指，不是说只有在退出synchronized时才同步变量到主存)

作者：minato丶 链接：https://www.zhihu.com/question/48313299/answer/1166823164 来源：知乎 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

System.out.println内部有synchronized

对象头

Synchronized总结 - 图1
Java对象的构成：

  1. 对象头

Java对象头构成：

  1. MarkWord
  2. 指向类的指针
  3. 数组长度（只有数组对象才有）
    1. 实例数据
    2. 对其填充字节

MarkWord

64位，所以引入基本类型，节省内存。
Synchronized总结 - 图2
image.png

上锁条件

  • 偏向锁：只有一个线程进入临界区；
  • 轻量级锁：多个线程交替进入临界区；

  • 重量级锁：多个线程同时进入临界区。

    偏向锁【markword记录线程id】

  • 会在Mark Word里存储锁偏向的线程ID

  • 偏向锁只需要在置换ThreadID的时候依赖一次CAS原子指令即可，平时只判断markword中的线程ID是否为当前ID即可，而轻量级锁每次都要CAS检查。
  • 线程执行完后，也不修改markword
  • 可以通过JVM参数关闭偏向锁：-XX:-UseBiasedLocking=false，关闭之后程序默认会进入轻量级锁状态。
  • 当调用对象hashCode()方法时会撤销对象的偏向锁状态【因为偏向锁markword中没有hashcode，换为轻量级锁后写回hashcode到markword】

那为什么轻量级锁和重量级锁可以调用hashcode呢？
因为轻量级锁hashcode会存在锁记录里，重量级锁会存在monitor里。

  • 调用wait/notify也会撤销偏向锁
  • 撤销偏向锁升级轻量级锁需要STW

    轻量级锁【Lock Record锁记录】

    轻量级锁原理

  1. 先在线程栈中创建一个锁记录（Lock Record）

    锁记录就是用来记录谁持有我的锁

image.png

  1. 通过CAS交换markword，markword存放锁记录的地址，锁记录中存放原来的markword

CAS交换锁记录地址成功，就算加锁成功。
image.png

  1. 重入锁会再创建一个锁记录

image.png

轻量级锁为什么轻量

轻量级锁是相对于重量级锁而言的。使用轻量级锁时，不需要申请互斥量，仅仅将Mark Word中的部分字节CAS更新指向线程栈中的Lock Record
也不用分配monitor对象，monitor对象中还有一些队列。

轻量级锁为什么要膨胀为重量级锁

因为thin-lock没有足够空间来存储额外状态，所以在遇到某个锁实际上有contention的情况下，如果不膨胀，实质上就要迫使所有在等待这把锁的线程都要spin-wait，有可能会非常非常低效。 thin-lock膨胀到fat-lock（HotSpot VM里的ObjectMonitor）就有了更多存储空间，可以存下诸如native mutex之类的OS提供的同步原语对象的指针，可以在contended的情况下更高效地实现线程等待。

作者：RednaxelaFX 链接：https://www.zhihu.com/question/41930877/answer/136699311 来源：知乎 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

轻量级锁为什么要膨胀？ - 知乎
为了避免无效的自旋，不如升级为重量级锁阻塞。【重量级锁有队列，让线程去排队等着吧】

何时锁膨胀（锁膨胀的条件）

Synchronized总结 - 图7

1.偏向锁膨胀：线程A持有锁，其他线程请求过锁就会膨胀，也就是说对于锁来说，只要有超过一个线程请求过锁，注意是请求过，偏向锁就会膨胀成轻量级锁。（就是来一个线程，看到markword中的线程id不是自己的线程id就升级为轻量级锁） 2.轻量级锁膨胀：线程A在运行中持有锁，线程B竞争锁，线程B会首先自旋，自旋超时之后会膨胀成重量级锁，注意条件是发生竞争。

作者：刘自在 链接：https://www.zhihu.com/question/53826114/answer/382458685 来源：知乎 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

重量级锁【Monitor对象】

  • 需要内核态切换

markword不再指向锁记录，转而指向Monitor对象。
等待线程放入EntryList中
重量级锁也有锁记录
image.png

已经加了轻量级锁，如何变为重量级锁的？

image.png

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  1. 线程1先在markword上加了轻量级锁
  2. 线程2发现加轻量级锁失败，就修改markword为重量级锁【此时线程1上还认为markword时轻量级锁】
  3. 当线程1释放锁时，发现已经变为重量级锁了。就按照重量级锁的方式去释放，然后唤醒重量级锁的等待队列。

    Monitor对象每个Object都关联一个Monitor对象

    Synchronized总结 - 图10
    阻塞线程先进入 EntryList。
    获取锁后，修改owner。指向占用对象锁的thread。
    调用obj.wait()后，进入WaitSet。

    自适应自旋优化

    image.png

    疑问：自旋到底是轻量级锁状态下还是重量级锁状态下的？

    但是当自旋超过一定的次数，或者一个线程在持有锁，一个在自旋，又有第三个来访时，轻量级锁升级为重量级 不可不说的Java“锁”事 - 美团技术团队

参考