一、Synchronized實現原理

1、Synchronized鎖的3中形式：

Synchronized修飾普通同步方法：鎖物件當前例項物件；

Synchronized修飾靜態同步方法：鎖物件是當前的類Class物件；

Synchronized修飾同步程式碼塊：鎖物件是Synchronized後面括號裡配置的物件；

2、Synchronized在JVM裡的實現

那麼Synchronized在JVM裡是怎麼實現的呢？

在JVM規範裡可以看到Synchronized鎖時基於進入和退出monitor物件來實現方法同步和程式碼塊同步，這兩種同步的具體實現細節不太一樣，但是都可以這麼理解：不管是方法同步還是程式碼塊同步都是通過monitor物件的monitorentry和monitorexit這兩個指令實現的，在需要同步的程式碼塊開始的位置插入monitorentry指令，在同步結束的位置或者異常出現的位置插入monitorexit指令；JVM要保證monitorentry和monitorexit都是成對出現的，任何物件都有一個monitor閾值對應，當這個物件的monitor被持有以後，它將處於鎖定狀態。

3、Java物件頭

那麼Synchronized鎖物件是存在哪裡的呢？答案是存在鎖物件的物件頭中，稱為MarkWord。如果物件是陣列物件，那麼MarkWord佔用3個字寬（Word），如果物件是非陣列物件，那麼MarkWord佔用2個字寬。（1word = 2 Byte = 16 bit）

那麼MarkWord在物件頭中到底長什麼樣，也就是它到底儲存了什麼呢？

在32位的虛擬機器中：

在64位的虛擬機器中：

二、鎖升級

1、鎖的4中狀態：無鎖狀態、偏向鎖狀態、輕量級鎖狀態、重量級鎖狀態（級別從低到高）

2、偏向鎖：

為什麼要引入偏向鎖？

因為經過HotSpot的作者大量的研究發現，大多數時候是不存在鎖競爭的，常常是一個執行緒多次獲得同一個鎖，因此如果每次都要競爭鎖會增大很多沒有必要付出的代價，為了降低獲取鎖的代價，才引入的偏向鎖。

偏向鎖的升級

當執行緒1訪問程式碼塊並獲取鎖物件時，會在java物件頭和棧幀中記錄偏向的鎖的threadID，因為偏向鎖不會主動釋放鎖，因此以後執行緒1再次獲取鎖的時候，需要比較當前執行緒的threadID和Java物件頭中的threadID是否一致，如果一致（還是執行緒1獲取鎖物件），則無需使用CAS來加鎖、解鎖；如果不一致（其他執行緒，如執行緒2要競爭鎖物件，而偏向鎖不會主動釋放因此還是儲存的執行緒1的threadID），那麼需要檢視Java物件頭中記錄的執行緒1是否存活，如果沒有存活，那麼鎖物件被重置為無鎖狀態，其它執行緒（執行緒2）可以競爭將其設定為偏向鎖；如果存活，那麼立刻查詢該執行緒（執行緒1）的棧幀資訊，如果還是需要繼續持有這個鎖物件，那麼暫停當前執行緒1，撤銷偏向鎖，升級為輕量級鎖，如果執行緒1 不再使用該鎖物件，那麼將鎖物件狀態設為無鎖狀態，重新偏向新的執行緒。

偏向鎖的取消：

偏向鎖是預設開啟的，而且開始時間一般是比應用程式啟動慢幾秒，如果不想有這個延遲，那麼可以使用-XX:BiasedLockingStartUpDelay=0；

如果不想要偏向鎖，那麼可以通過-XX:-UseBiasedLocking = false來設定；

3、輕量級鎖

為什麼要引入輕量級鎖？

輕量級鎖考慮的是競爭鎖物件的執行緒不多，而且執行緒持有鎖的時間也不長的情景。因為阻塞執行緒需要CPU從使用者態轉到核心態，代價較大，如果剛剛阻塞不久這個鎖就被釋放了，那這個代價就有點得不償失了，因此這個時候就乾脆不阻塞這個執行緒，讓它自旋這等待鎖釋放。

輕量級鎖什麼時候升級為重量級鎖？

執行緒1獲取輕量級鎖時會先把鎖物件的物件頭MarkWord複製一份到執行緒1的棧幀中建立的用於儲存鎖記錄的空間（稱為DisplacedMarkWord），然後使用CAS把物件頭中的內容替換為執行緒1的鎖記錄地址；

如果線上程1複製物件頭的同時（線上程1CAS之前），執行緒2也準備獲取鎖，複製了物件頭到執行緒2的鎖記錄空間中，但是線上程2CAS的時候，發現執行緒1已經把物件頭換了，執行緒2的CAS失敗，那麼執行緒2就嘗試使用自旋鎖來等待執行緒1釋放鎖。

但是如果自旋的時間太長也不行，因為自旋是要消耗CPU的，因此自旋的次數是有限制的，比如10次或者100次，如果自旋次數到了執行緒1還沒有釋放鎖，或者執行緒1還在執行，執行緒2還在自旋等待，這時又有一個執行緒3過來競爭這個鎖物件，那麼這個時候輕量級鎖就會膨脹為重量級鎖。重量級鎖把除了擁有鎖的執行緒都阻塞，防止CPU空轉。

*注意：為了避免無用的自旋，輕量級鎖一旦膨脹為重量級鎖就不會再降級為輕量級鎖了；偏向鎖升級為輕量級鎖也不能再降級為偏向鎖。一句話就是鎖可以升級不可以降級，但是偏向鎖狀態可以被重置為無鎖狀態。

4、這幾種鎖的優缺點（偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖）

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