Java中synchronized锁的深入理解

使用范围

• synchronized使用上用于同步方法或者同步代码块

• 在锁实现上是基于对象去实现

• 使用中用于对static修饰的便是class类锁

• 使用中用于对非static修饰的便是当前对象锁

synchronized的优化

• 在jdk1.6中对synchronized做了相关的优化

锁消除

• 在synchronized修饰的代码块中，要是不涉及操作临界资源的情况，即便你写了synchronized修饰，也不会出发锁机制

锁膨胀

• 在一个循环中频繁的出现锁资源的获取与释放操作，会带来资源的消耗，于是便会将锁的范围扩大到循环的外边，避免频繁的竞争和获取锁资源而导致的资源消耗

public void method(){
       for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
           synchronized ("") {
               // 业务代码
           }
       }
   }

锁升级

• ReentrantLock中是基于乐观锁的CAS获取线程资源。资源拿不到的情况下才会挂起线程。synchronized在jdk1.6之间完全获取不到锁的情况下立即挂起线程，但是在1.6之后进行了锁的升级与优化。

• 无锁、匿名偏向：当前对象没有作为锁的存在

• 偏向锁：当前锁资源，只有一个线程频繁的获取和释放锁，那么只有该线程获取锁是判断是否是同一个线程，如果是线程资源拿走。如果线程不是当前自己的线程，则采用基于CAS的方式，尝试将偏向锁指向当前线程。如果获取不到则触发锁升级为轻量级锁，也就意味着发生了锁竞争的情况。

• 轻量级锁：使用自旋锁的方式频繁的采用CAS的方式获取锁资源。这里采用的自适应自旋锁（JVM更具上次的自旋结果来进行判断本次的自旋时间长短）。如果成功获取锁资源，资源取走。如果获取锁资源失败，锁升级。

• 重量级锁：最为传统的synchronized实现方式。拿不到锁资源之间挂起线程，然后进行用户态和内核态的不断切换。。。

synchronized锁的实现原理

• synchronized锁是基于对象来进行实现的

• 关于MarkWord的内容展开示意图

• 从图中可以看出通过锁的标志位来进行区分锁的不同状态

synchronized锁升级的过程演示

• 使用之前需要导入一个依赖

<dependency>
           <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
           <artifactId>jol-core</artifactId>
           <version>0.9</version>
       </dependency>

• 锁在默认情况下，开启了偏向锁的延迟

• 原因是因为在偏向锁升级为轻量级锁的时候会涉及到偏向锁的撤销，需要等到一个安全点（STW），才能完成对偏向锁的撤销，所以在并发的情况下就可以选择不开启偏向锁，或者设置偏向锁延迟开启

• 在JVM启动时会大量加载.class文件到内存，该操作会涉及synchronized使用，为了避免出现偏向锁撤销的操作。在启动初期，有一个延迟5s开启偏向锁的操作。

• 要是正常开启偏向锁，那么就不会出现无锁的状态，而是直接进入匿名偏向锁

• 变成了偏向锁

/**
* @author
* @date 2023/5/28
*/
public class Test15 {
   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       Thread.sleep(5000);
       Object o = new Object();
       System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
//thread 线程偏向锁
       Thread thread = new Thread(()->{
           synchronized (o){
               System.out.println("thread线程 ："+ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
           }
       });
       thread.start();
       // 轻量级锁 -> 重量级锁
       synchronized (o){
           System.out.println("main线程 :"+ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
       }
   }
}

锁转换状态示意图

LockRecord和ObjectMonitor存储的内容示意图

来源：https://juejin.cn/post/7237996261214437431