synchronized与锁升级
作者：bravo1988
链接：https://www.zhihu.com/question/317687988/answer/1715863550
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大致介绍完Java对象内存结构后，我们再来解决一个新疑问：
为什么需要标记锁的状态呢？是否意味着synchronized锁有多种状态呢？
在JDK早期版本中，synchronized关键字的实现是直接基于重量级锁的。只要我们在代码中使用了synchronized，JVM就会向操作系统申请锁资源（不论当前是否真的是多线程环境），而向操作系统申请锁是比较耗费资源的，其中涉及到用户态和内核态的切换等，总之就是比较费事，且性能不高。
JDK为了解决JVM锁性能低下的问题，引入了ReentrantLock，它基于CAS+AQS，类似自旋锁。自旋的意思就是，在发生锁竞争的时候，未争取到锁的线程会在门外采取自旋的方式等待锁的释放，谁抢到谁执行。
自旋锁的好处是，不需要兴师动众地切换到内核态申请操作系统的重量级锁，在JVM层面即可实现自旋等待。但世界上并没有百利而无一害的灵丹妙药，CAS自旋虽然避免了状态切换等复杂操作，却要耗费部分CPU资源，尤其当可预计上锁的时间较长且并发较高的情况下，会造成几百上千个线程同时自旋，极大增加CPU的负担。
synchronized毕竟JDK亲儿子，所以大概在JDK1.6或者更早期的版本，官方对synchronized做了优化，提出了“锁升级”的概念，把synchronized的锁划分为多个状态，也就是上图中提到的：
- 无锁
- 偏向锁
- 轻量级锁（自旋锁）
- 重量级锁
无锁就是一个Java对象刚new出来的状态。当这个对象第一次被一个线程访问时，该线程会把自己的线程id“贴到”它的头上（Mark Word中部分位数被修改），表示“你是我的”：
此时是不存在锁竞争的，所以并不会有什么阻塞或等待。
为什么要设计“偏向锁”这个状态呢？
大家回忆一下，项目中并发的场景真的这么多吗？并没有吧。大部分项目的大部分时候，某个变量都是单个线程在执行，此时直接向操作系统申请重量级锁显然没有必要，因为根本不会发生线程安全问题。
而一旦发生锁竞争时，synchronized便会在一定条件下升级为轻量级锁，可以理解为一种自旋锁，具体自旋多少次以及何时放弃自旋，JDK也有一套相关的控制机制，大家可以自行了解。
同样是自旋，所以synchronized也会遇到ReentrantLock的问题：如果上锁时间长且自旋线程多，又该如何？
此时就会再次升级，变成传统意义上的重量级锁，本质上操作系统会维护一个队列，用空间换时间，避免多个线程同时自旋等待耗费CPU性能，等到上一个线程结束时唤醒等待的线程参与新一轮的锁竞争即可。
synchronized案例
让我们一起来看几个案例，加深对synchronized的理解。
- 同一个类中的synchronized method m1和method m2互斥吗？
t1线程执行m1方法时要去读this对象锁，但是t2线程并不需要读锁，两者各管各的，没有交集（不共用一把锁）
- 同一个类中synchronized method m1中可以调用synchronized method m2吗？
synchronized是可重入锁，可以粗浅地理解为同一个线程在已经持有该锁的情况下，可以再次获取锁，并且会在某个状态量上做+1操作（ReentrantLock也支持重入）
- 子类同步方法synchronized method m可以调用父类的synchronized method m吗？
子类对象初始化前，会调用父类构造方法，在结构上相当于包裹了一个父类对象，用的都是this锁对象
- 静态同步方法和非静态同步方法互斥吗？
各玩各的，不是同一把锁，谈不上互斥
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