Java中的关键字--synchronized
在并发编程中，synchronized关键字是常出现的角色。之前我们都称呼synchronized关键字为重量锁，但是在jdk1.6中对synchronized进行了优化，引入了偏向锁、轻量锁。本篇介绍synchronized关键字的使用方式，区别和偏向锁、轻量锁和重量锁实现原理。
先看看synchronized关键字的4种用法。
1、修饰普通方法
private synchronized void synmethod(){
}
这种用法中，synchronized锁的对象实例。
2、修饰静态方法
private static synchronized void synmethod(){
}
synchronized在这种情况下，锁的是当前class类对象。
3、同步方法块
private void synmethod1(){
synchronized(this){
}
}
private void synmethod2(){
synchronized(threadtest.class){
}
}
synmethod1中锁对象实例；synmethod2的是当前class类对象。
再介绍锁原理
在介绍锁原理之前，先认识一下java对象头mark word，以32位为例。
|
锁状态 |
25 bit |
4bit |
1bit |
2bit |
||
|
|
23bit |
2bit |
是否偏向锁 |
锁标志位 |
||
|
轻量级锁 |
指向栈中锁记录的指针 |
0 |
||||
|
重量级锁 |
指向互斥量（重量级锁）的指针 |
10 |
||||
|
gc标记 |
空 |
11 |
||||
|
偏向锁 |
线程id |
epoch |
对象分代年龄 |
1 |
01 |
|
|
无锁 |
对象的hashcode |
对象分代年龄 |
0 |
01 |
||
上面的表格中，描述的是对象在每个锁状态时，对象头中所存储的信息。
1、偏向锁
实际环境中，线程在访问同步块时，如果没有其他线程对锁进行竞争，并且由同一个线程多次获得锁，也就是单线程运行同步代码，在这种情况下，若是每次还阻塞线程，就代表白白浪费cpu性能。这种情况下，引入了偏向锁概念。
- 访问同步代码块
- 判断对象头mark word中存储的线程id是否指向当前线程，如果是，则表明当前是锁的重入，不需要再获得锁，直接执行同步代码
- 如果不是，则尝试使用cas算法将线程id更新至对象头中。
- 成功，获得锁，执行同步代码。更新失败表明存在锁竞争，等待全局安全点，暂停拥有偏向锁的线程，根据对象头的锁标志位，选择将偏向锁升级为轻量锁或者置为无锁。
可以使用-xx:-userbiasedlocking=false来关闭jvm偏向锁优化，默认直接进入轻量锁。
2、轻量锁
- 访问同步代码块时，先在当前线程的线程栈中创建一个锁记录（lock record）区域。
- 把对象头mark word拷贝到lock record中。
- 利用cas尝试将对象头mark word中的线程指针更新为指向当前线程的指针
- 更新成功，则获得轻量锁。
- 更新失败，检查mark word中的指针是否指向当前线程。
- 如果是，则说明是锁的重入现象。执行同步代码块
- 如果不是，则说明此时存在竞争。需要把轻量锁膨胀为重量锁。
3、重量锁
重量锁是基于对象监视器（monitor）来实现的。
线程在执行同步代码时，需要调用一个monitor.enter指令。执行退出后，调用monitor.exit指令。这里看得出，监视器具有排它性，一个时间点只能有一个线程enter成功，其他线程只能阻塞在队列中。所以这种重量锁的操作成本很高。