synchronized实现原理及锁升级过程

前言:

synchronized是Java内置的机制，是JVM层面的，而Lock则是接口，是JDK层面的

尽管最初synchronized的性能效率比较差，但是随着版本的升级，synchronized已经变得原来越强大了,本文带大家了解的是synchronized实现原理及锁升级过程，希望可以帮助到大家。

1.用法

synchronized可用来给对象和方法或者代码块加锁，当它锁定一个方法或者一个代码块的时候，同一时刻最多只有一个线程执行这段代码。

synchronized有三种应用方式：

作用于实例方法，当前实例加锁，进入同步代码前要获得当前实例的锁；

作用于静态方法，当前类加锁，进去同步代码前要获得当前类对象的锁；

作用于代码块，对括号里配置的对象加锁。

2.实现原理

2.1 Java对象头

synchronized用的锁存在Java对象头里，Java对象头里的Mark Word默认存储对象的HashCode、分代年龄和锁标记位。在运行期间，Mark Word里存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。32位JVM的Mark Word可能变化存储为以下5种数据：

锁一共有四种状态，级别从低到高依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态，这几个状态随着竞争情况逐渐升级。为了提高获得锁和释放锁的效率，锁可以升级但不能降级，意味着偏向锁升级为轻量级锁后不能降级为偏向锁。

1.偏向锁

当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧的锁记录里存储偏向的线程ID，以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁，只需测试Mark Word里线程ID是否为当前线程。如果测试成功，表示线程已经获得了锁。如果测试失败，则需要判断偏向锁的标识。如果标识被设置为0(表示当前是无锁状态)，则使用CAS竞争锁；如果标识设置成1(表示当前是偏向锁状态)，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程，触发偏向锁的撤销。偏向锁只有在竞争出现才会释放锁。当其他线程尝试竞争偏向锁时，程序到达全局安全点后(没有正在执行的代码)，它会查看Java对象头中记录的线程是否存活，如果没有存活，那么锁对象被重置为无锁状态，其它线程可以竞争将其设置为偏向锁；如果存活，那么立刻查找该线程的栈帧信息，如果还是需要继续持有这个锁对象，那么暂停当前线程，撤销偏向锁，升级为轻量级锁，如果线程1不再使用该锁对象，那么将锁对象状态设为无锁状态，重新偏向新的线程。

2.轻量级锁

线程在执行同步块之前，JVM会先在当前线程的栈帧中创建用于存储锁记录的空间，并将对象头的MarkWord复制到锁记录中，即Displaced Mark Word。然后线程会尝试使用CAS将对象头中的Mark Word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，表示其他线程在竞争锁，当前线程使用自旋来获取锁。当自旋次数达到一定次数时，锁就会升级为重量级锁。

轻量级锁解锁时，会使用CAS操作将Displaced Mark Word替换回到对象头，如果成功，表示没有竞争发生。如果失败，表示当前锁存在竞争，锁已经被升级为重量级锁，则会释放锁并唤醒等待的线程。

流程大致如下：

结束:

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