JAVAsynchronized原理詳解
為了避免臨界區的競態條件發生，有多種手段可以達到目的。
阻塞式的解決方案：synchronized，Lock 非阻塞式的解決方案：原子變量synchronized，即俗稱的【對象鎖】，它采用互斥的方式讓同一時刻至多只有一個線程能持有【對象鎖】，其它線程再想獲取這個【對象鎖】時就會阻塞住。這樣就能保證擁有鎖的線程可以安全的執行臨界區內的代碼，不用擔心線程上下文切換。
synchronized的三個作用
原子性：確保線程互斥的訪問同步代碼 可見性：保證共享變量的修改能夠及時可見 有序性：有效解決重排序問題2、synchronized的語法class Test1{ public synchronized void test() { }}//等價于class Test1{ public void test() {//鎖的是當前對象synchronized(this) {} }}
class Test2{ public synchronized static void test() { }}//等價于class Test2{ public static void test() {//鎖的是類對象，類對象只有一個synchronized(Test2.class) {} }}3、Monitor原理
Monitor 被翻譯為監視器或管程
每個 Java 對象都可以關聯一個 Monitor 對象，如果使用 synchronized 給對象上鎖（重量級）之后，該對象頭的 Mark Word 中就被設置指向 Monitor 對象的指針
Monitor 結構如下
注意：不加 synchronized 的對象不會關聯監視器
4、synchronized的原理通過對Java代碼進行反編譯可知，Synchronized的語義底層是通過一個monitor的對象來完成，其實wait/notify等方法也依賴于monitor對象，這就是為什么只有在同步的塊或者方法中才能調用wait/notify等方法，否則會拋出java.lang.IllegalMonitorStateException的異常的原因。
從JDK5引入了現代操作系統新增加的CAS原子操作（ JDK5中并沒有對synchronized關鍵字做優化，而是體現在J.U.C中，所以在該版本concurrent包有更好的性能 ），從JDK6開始，就對synchronized的實現機制進行了較大調整，包括使用JDK5引進的CAS自旋之外，還增加了自適應的CAS自旋、鎖消除、鎖粗化、偏向鎖、輕量級鎖這些優化策略。由于此關鍵字的優化使得性能極大提高.
鎖主要存在四種狀態，依次是：無鎖狀態、偏向鎖狀態、輕量級鎖狀態、重量級鎖狀態，鎖可以從偏向鎖升級到輕量級鎖，再升級的重量級鎖。但是鎖的升級是單向的，也就是說只能從低到高升級，不會出現鎖的降級。
在 JDK 1.6 中默認是開啟偏向鎖和輕量級鎖的，可以通過-XX:-UseBiasedLocking來禁用偏向鎖。
4.1偏向鎖Java 6 中引入了偏向鎖來做進一步優化：只有第一次使用 CAS 將線程 ID 設置到對象的 Mark Word 頭，之后發現 這個線程 ID 是自己的就表示沒有競爭，不用重新 CAS。以后只要不發生競爭，這個對象就歸該線程所有。
調用了對象的 hashCode，但偏向鎖的對象 MarkWord 中存儲的是線程 id，如果調用 hashCode 會導致偏向鎖被撤銷
輕量級鎖會在鎖記錄中記錄 hashCode 重量級鎖會在 Monitor 中記錄 hashCode4.2輕量級鎖輕量級鎖的使用場景：如果一個對象雖然有多線程要加鎖，但加鎖的時間是錯開的（也就是沒有競爭），那么可以使用輕量級鎖來優化。輕量級鎖對使用者是透明的，即語法仍然是 synchronized。
引入輕量級鎖的主要目的是 在沒有多線程競爭的前提下，減少傳統的重量級鎖使用操作系統互斥量產生的性能消耗。當關閉偏向鎖功能或者多個線程競爭偏向鎖導致偏向鎖升級為輕量級鎖，則會嘗試獲取輕量級鎖。
4.3鎖膨脹如果在嘗試加輕量級鎖的過程中，CAS 操作無法成功，這時一種情況就是有其它線程為此對象加上了輕量級鎖（有 競爭），這時需要進行鎖膨脹，將輕量級鎖變為重量級鎖。
4.4重量級鎖Synchronized是通過對象內部的一個叫做 監視器鎖（Monitor）來實現的。但是監視器鎖本質又是依賴于底層的操作系統的Mutex Lock來實現的。而操作系統實現線程之間的切換這就需要從用戶態轉換到核心態，這個成本非常高，狀態之間的轉換需要相對比較長的時間，這就是為什么Synchronized效率低的原因。因此，這種依賴于操作系統Mutex Lock所實現的鎖我們稱之為 “重量級鎖”。
4.5自旋鎖線程的阻塞和喚醒需要CPU從用戶態轉為核心態，頻繁的阻塞和喚醒對CPU來說是一件負擔很重的工作，勢必會給系統的并發性能帶來很大的壓力。同時我們發現在許多應用上面，對象鎖的鎖狀態只會持續很短一段時間，為了這一段很短的時間頻繁地阻塞和喚醒線程是非常不值得的。
所以引入自旋鎖，何謂自旋鎖？
所謂自旋鎖，就是指當一個線程嘗試獲取某個鎖時，如果該鎖已被其他線程占用，就一直循環檢測鎖是否被釋放，而不是進入線程掛起或睡眠狀態。
4.6鎖消除消除鎖是虛擬機另外一種鎖的優化，這種優化更徹底，Java虛擬機在JIT編譯時(可以簡單理解為當某段代碼即將第一次被執行時進行編譯，又稱即時編譯)，通過對運行上下文的掃描，去除不可能存在共享資源競爭的鎖，通過這種方式消除沒有必要的鎖，可以節省毫無意義的請求鎖時間，如下StringBuffer的append是一個同步方法，但我們將StringBuffer作為一個局部變量使用，并且不會被其他線程所使用，因此StringBuffer不可能存在共享資源競爭的情景，JVM會自動將其鎖消除。
4.7鎖粗化在使用同步鎖的時候，需要讓同步塊的作用范圍盡可能小—僅在共享數據的實際作用域中才進行同步，這樣做的目的是 為了使需要同步的操作數量盡可能縮小，如果存在鎖競爭，那么等待鎖的線程也能盡快拿到鎖。
在大多數的情況下，上述觀點是正確的。但是如果一系列的連續加鎖解鎖操作，可能會導致不必要的性能損耗，所以引入鎖粗話的概念。
鎖粗話概念比較好理解，就是將多個連續的加鎖、解鎖操作連接在一起，擴展成一個范圍更大的鎖
5、鎖升級過程各種鎖并不是相互代替的，而是在不同場景下的不同選擇，絕對不是說重量級鎖就是不合適的。每種鎖是只能升級，不能降級，即由偏向鎖->輕量級鎖->重量級鎖，而這個過程就是開銷逐漸加大的過程。
如果是單線程使用，那偏向鎖毫無疑問代價最小，并且它就能解決問題，連CAS都不用做，僅僅在內存中比較下對象頭就可以了；
如果出現了其他線程競爭，則偏向鎖就會升級為輕量級鎖；
如果其他線程通過一定次數的CAS嘗試沒有成功，則進入重量級鎖；
本篇文章就到這里了，希望能給你帶來幫助，也希望您能夠多多關注好吧啦網的更多內容！
相關文章：
網公網安備