Java并发面试题：（四）synchronized和lock区别

雨点打透心脏的1/2处 2024-02-21 09:31 66阅读 0赞

### synchronized 关键字 ###

synchronized关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性，synchronized关键字可以保证被它  
修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有一个线程执行。 另外，在 Java 早期版本中，  
synchronized属于重量级锁，效率低下，因为监视器锁（monitor）是依赖于底层的操作系统的  
Mutex Lock 来实现的，Java 的线程是映射到操作系统的原生线程之上的。如果要挂起或者唤醒一  
个线程，都需要操作系统帮忙完成，而操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到内核  
态，这个状态之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较高，这也是为什么早期的synchronized 效率低的原因。庆幸的是在 Java 6 之后 Java 官方对从 JVM 层面对synchronized 较  
大优化，所以现在的 synchronized 锁效率也优化得很不错了。JDK1.6对锁的实现引入了大量的优  
化，如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销。

### synchronized和lock区别 ###

![在这里插入图片描述][d34c84e1b66a42b6a56d38029ec3b5ac.png_pic_center]

### synchronized 关键字的底层原理 ###

synchronized 关键字底层原理属于 JVM 层面。  
① synchronized 同步语句块的情况

public class SynchronizedDemo {
        
     public void method() {
        
     synchronized (this) {
        
      System.out.println("synchronized 代码块");
     }
     }
    }

synchronized 同步语句块的实现使用的是 monitorenter 和 monitorexit 指令，其中  
monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置，monitorexit 指令则指明同步代码块的结束位置。 当  
执行 monitorenter 指令时，线程试图获取锁也就是获取 monitor(monitor对象存在于每个Java对象的  
对象头中，synchronized 锁便是通过这种方式获取锁的，也是为什么Java中任意对象可以作为锁的原  
因) 的持有权.当计数器为0则可以成功获取，获取后将锁计数器设为1也就是加1。相应的在执行  
monitorexit 指令后，将锁计数器设为0，表明锁被释放。如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞等待，直到锁被另外一个线程释放为止。

② synchronized 修饰方法的的情况

public class SynchronizedDemo2 {
        
     public synchronized void method() {
        
     System.out.println("synchronized 方法");
     }
    }

synchronized 修饰的方法并没有 monitorenter 指令和 monitorexit 指令，取得代之的确实是  
ACC\_SYNCHRONIZED 标识，该标识指明了该方法是一个同步方法，JVM 通过该 ACC\_SYNCHRONIZED 访问标志来辨别一个方法是否声明为同步方法，从而执行相应的同步调用。

### synchronized 锁的优化机制 ###

从JDK1.6版本之后，synchronized本身也在不断优化锁的机制，有些情况下他并不会是一个很重量  
级的锁了。优化机制包括自适应锁、自旋锁、锁消除、锁粗化、轻量级锁和偏向锁。锁的状态从低到高依次为无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁，升级的过程就是从低到高，降级在一定条件也是有可能发生的。  
![在这里插入图片描述][364cd90ef4c3453fbe7e65108c7208a8.png]

1.  偏向锁：在锁对象的对象头中记录⼀下当前获取到该锁的线程ID，该线程下次如果⼜来获取该锁就可以直接获取到了
2.  轻量级锁：由偏向锁升级⽽来，当⼀个线程获取到锁后，此时这把锁是偏向锁，此时如果有第⼆个线程来竞争锁，偏向锁就会升级为轻量级锁，之所以叫轻量级锁，是为了和重量级锁区分开来，轻量级锁底层是通过⾃旋来实现的，并不会阻塞线程
3.  如果⾃旋次数过多仍然没有获取到锁，则会升级为重量级锁，重量级锁会导致线程阻塞
4.  ⾃旋锁：⾃旋锁就是线程在获取锁的过程中，不会去阻塞线程，也就⽆所谓唤醒线程，阻塞和唤醒这两个步骤都是需要操作系统去进⾏的，⽐较消耗时间，⾃旋锁是线程通过CAS获取预期的⼀个标记，如果没有获取到，则继续循环获取，如果获取到了则表示获取到了锁，这个过程线程⼀直在运⾏中，相对⽽⾔没有使⽤太多的操作系统资源，⽐较轻量。

### Java对象结构 ###

Java对象由三个部分组成：对象头、实例数据、对齐填充。

1、对象头由两部分组成，第一部分存储对象自身的运行时数据：哈希码、GC分代年龄、锁标识状态、线程持有的锁、偏向线程ID（一般占32/64 bit）。第二部分是指针类型，指向对象的类元数据类型（即对象代表哪个类）。如果是数组对象，则对象头中还有一部分用来记录数组长度。

2、实例数据用来存储对象真正的有效信息（包括父类继承下来的和自己定义的）

3、对齐填充：JVM要求对象起始地址必须是8字节的整数倍（8字节对齐）

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