读懂这篇文章，带你快速理解synchronized实现原理及锁升级过程，干货满满

绝地灬酷狼 2023-03-14 08:08 10阅读 0赞

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zMDQwOTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 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的三种方式：  
1，作用于实例方法，当前实例枷锁。进入同步代码前要获得当前实例的锁。  
2，作用于静态方法，当前类枷锁。进去同步代码前要获得当前类对象的锁。  
3，作用于代码块，对括号里配置的对象加锁。

## 2，实现原理 ##

*  java对象头  
    synchronized用的锁存在对象头里，Java对象头里的MarkWord默认存储对象的HashCode，分代年龄和锁标记位。再运行期间，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MarkWord可能变化存储为一下5种数据。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zMDQwOTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
    锁一共是四种状态，级别从高到低依次是：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，锁可以升级但是不能降级，意味着偏向锁升级为轻量级锁后不能降级为偏向锁
 *  偏向锁  
    当一个线程访问同步代码块时，会在对象头和栈帧的锁记录里存储偏向的线程ID，以后该线程再进入和退出同步代码块时不需要进行CAS操作加锁和解锁，只需要测试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（表示当前无锁状态），则使用CAS竞争锁；如果标识设置成1（表示当前时偏向锁状态），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。
 *  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。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zMDQwOTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
    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。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zMDQwOTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

## 锁的优缺点比较 ##

偏向锁：  
优点：加锁解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法比仅存在纳秒级的差距  
缺点：如果线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗  
适用场景：适合只有一个线程访问同步快的场景

轻量级锁：  
优点：竞争的线程不会阻塞，提高程序的响应速度  
缺点：如果始终得不到锁竞争的线程使用自旋会消耗CPU  
适用场景：追求响应时间 同步块执行速度非常快

重量级锁：  
优点：线程竞争不适用自旋 不会消耗CPU  
缺点：线程阻塞 响应时间缓慢  
适用场景：追求吞吐量 同步块执行时间长

## 对于synchronized加锁的完整过程描述： ##

1.  检查Mark Word里存放的是否是自身的ThreadId，如果是，表示当前线程处于偏向锁，无需加锁就可获取临界资源
2.  如果不是自身的ThreadId，锁升级，使用CAS来进行切换，新的线程根据MarkWord里现有的ThreadId，通知之前线程暂停，之前线程把MarkWord的内容设置为空
3.  两个线程都把对象的HashCode复制到自己新建的用于存储锁的记录空间，接着开始通过CAS操作把共享对象的MarkWord的内容修改为自己新建的记录空间的地址的方式竞争MarkWord
4.  成功执行CAS的获得资源，失败的进入自旋
5.  自旋在线程在自旋过程中，成功获得资源则整个状态依然处于轻量级的锁状态  
    如果自旋失败进入重量级锁的状态，自旋的线程进行阻塞，等待之前的线程完成并唤醒自己

参考：[https://blog.csdn.net/qq\_26222859/article/details/53786134][https_blog.csdn.net_qq_26222859_article_details_53786134]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zMDQwOTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230312/0b89408967404fcd9be318b13cef5f52.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zMDQwOTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20230312/d0218a9b076e4213bf02736277356f8b.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zMDQwOTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20230312/738db683cc7a4a2bad6f8544ef29592e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zMDQwOTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20230312/b386b378300a433182639507c7206fda.png
[https_blog.csdn.net_qq_26222859_article_details_53786134]: https://blog.csdn.net/qq_26222859/article/details/53786134