synchronized原理与应用

synchronized在1.6进行了优化后，已经不是那么重了，引入了偏向锁和轻量级锁，减少获得锁和释放锁消耗的性能。
Java中的每个对象都可以作为锁，具体表现为：

• 对于普通同步方法，锁是当前实例对象
• 对于静态同步方法，锁是当前类的class对象
• 对于同步代码块，锁是synchronized括号后的对象

当一个线程试图访问同步代码块时，首先必须要获取锁，当退出或出现异常时，必须要释放锁。

JVM基于进入和退出monitor对象来实现方法和代码块的同步。

monitorenter指令是编译后插入到同步代码块开始的位置，而monitorexit插入到方法的结束和异常位置。
JVM要保证每个monitorenter都必须有相应都monitorexit与之匹配。
任何对象都有一个monitor与之关联，且当一个monitor被持有之后，它将会是锁定状态。线程执行到monitorenter时，会尝试获取对象所对应的monitor所有权，即尝试获取对象的锁。

Java对象头

之前好像写过一篇new Object()会占几个字节， 但是找不到了。

synchronized用的锁信息是记录在Java的对象头上的。
对象头

Mark Word
32位虚拟机下
无锁状态，Mark Word可以分为下面的结构

Mark Word中存储对象的hashCode，分代年龄和锁标识位。

64位虚拟机下

锁的升级与对比

java 1.6为了减少锁性能开支引入了偏向锁和轻量级锁。
synchronized一共有四种状态，由低到高分别是无锁，偏向锁，轻量级锁，重量级锁。
锁的升级只能由低级向高级升级，不能降级。
这种锁只能升级不能降级的策略，目的是提高获得和释放锁的效率。

偏向锁
HotSpot的作者发现，大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一个线程多次获得，为了让线程获取锁的代价更低，引入了偏向锁。
当一个线程访问同步块并获取锁的时候，会在对象的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通过CAS来加锁和解锁，只需要测试一下头的MardWord中是否存储着指向该线程的偏向锁。如果成功，表示线程已经获得了锁。如果失败，需要再判断一下MarkWord中的偏向锁标识是否为1（表示当前）。如果没有设置，使用CAS竞争锁。如果设置了，使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。

1. 偏向锁的撤销

偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制。偏向锁的撤销，需要等到一个全局安全点。它会检查持有偏向锁的线程是否存活，如果线程不处于活动状态，将对象头设置为无锁状态。如果线程仍然存活，会遍历偏向锁对象的锁记录，要么重新偏向于其他线程，要么恢复到无锁或者标记对象不适合作为偏向锁。

1. 关闭偏向锁

偏向锁在Java6和7是默认启用的，但是在应用程序启动后几秒才会激活，可以使用JVM参数来关闭延迟：
-XX:BiasedLockingStartupDelay=0
也可以通过JVM参数来关闭偏向锁：
-XX:- UseBiasedLocking=false

轻量级锁

1. 轻量级锁加锁

线程在执行同步之前，会现在当前线程的栈帧中创建用于存储锁记录的空间，并将当前对象头中的MarkWord复制到锁记录中，官方称为Displace Mark Word。然后线程尝试使用CAS来尝试将MarkWord替换为指向锁记录的指针。如果成功，当前线程获得锁。如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程尝试使用自旋获得锁。

1. 轻量级锁解锁

轻量级锁解锁时，会使用原子的CAS将Displace Mark Word替换回对象头，如果成功，说明没有竞争发生。如果失败，表示存在竞争，锁会膨胀成重量级锁。

因为自旋会消耗CPU，为了避免无效的自旋，一旦锁升级成重量级锁，就不会再恢复为轻量级锁的状态。
在这个状态下，其他线程尝试获取锁时都会被阻塞住，当持有锁的线程释放锁之后会唤醒这些线程，被唤醒的线程会进行新的一轮抢锁。