并发编程-Synchronized锁1.问：平时涉及到多线程编程多不多？谈谈你都Synchronized锁的理解。在多

1.问：平时涉及到多线程编程多不多？谈谈你都Synchronized锁的理解。

分析：多从实现原理，工作机制来描述

答：

在多线程编程中，为了达到线程安全的目的，我们往往通过加锁的方式来实现。而Synchronized正是java提供给我们的非常重要的锁之一。它属于jvm级别的加锁，底层实现是：在编译过程中,在指令级别加入一些标识来实现的。

例如:
- 同步代码快，会在同步代码块首尾加入monitorenter和monitorexit字节码指令，这两个指令都需要一个reference类型的参数，指明要加锁和解锁的对象
- 同步方法则是通过在修饰符上加acc_synchronized标识实现。
  
  在执行到这些指令（标识）时，本质都是获取、占有、释放monitor锁对象实现互斥，也就是说，同一时刻，只能有一个线程能成功的获取到这个锁对象。我们看一段加了synchronized关键字的代码编译后的字节码。编译前

public class TestSynchornize {
 
    /**
     * 修饰静态方法
     */
    public synchronized static void test1() {
        System.out.println("test1");
    }
 
    /**
     * 修饰实例方法
     */
    public synchronized void test2(){
        System.out.println("test2");
    }
 
    /**
     * 修饰代码块
     */
    public void test3(){
        synchronized (this){
            System.out.println("test3");
        }
    }
}

用 javap 命令反编译字节码TestSynchornize.class，截图三种情况字节码如下：

//静态方法
public static synchronized void test1();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_SYNCHRONIZED
    Code:
      stack=2, locals=0, args_size=0
         0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: ldc           #3                  // String test1
         5: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
         8: return
      LineNumberTable:
        line 16: 0
        line 17: 8
//实例方法
  public synchronized void test2();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: ldc           #5                  // String test2
         5: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
         8: return
      LineNumberTable:
        line 23: 0
        line 24: 8
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       9     0  this   Lcom/example/demo/TestSynchornize;
//代码块
  public void test3();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=3, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: astore_1
         3: monitorenter
         4: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         7: ldc           #6                  // String test3
         9: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        12: aload_1
        13: monitorexit
        14: goto          22
        17: astore_2
        18: aload_1
        19: monitorexit
        20: aload_2
        21: athrow
        22: return
      Exception table:
         from    to  target type
             4    14    17   any
            17    20    17   any
      LineNumberTable:
        line 30: 0
        line 31: 4
        line 32: 12
        line 33: 22
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      23     0  this   Lcom/example/demo/TestSynchornize;
      StackMapTable: number_of_entries = 2
        frame_type = 255 /* full_frame */
          offset_delta = 17
          locals = [ class com/example/demo/TestSynchornize, class java/lang/Object ]
          stack = [ class java/lang/Throwable ]
        frame_type = 250 /* chop */
          offset_delta = 4
}

（1）首先，可以看到在反编译代码块那里的字节码中可以看到其中有一个monitorenter指令和两个monitorexit指令。其实这就是synchronized的关键所在，synchronized修饰的代码块会带有monitorenter和monitorexit指令，用于jvm中控制同步代码块访问时必须获得对象锁。那么这里为啥会有两个monitorexit指令，获取对象锁执行完代码后不是释放对象锁就行了吗？按理来说monitorenter和monitorexit应该是一对一的？这里就是关键所在，JVM为了防止异常，获得锁的线程无法释放的情况，规定了synchronized锁修饰的代码块当线程执行异常时，会自动释放对象锁。因此这里有两个monitorexit指令，分别对应正常释放和异常释放。

（2）可以看到在修饰静态方法和实例方法那里并没有monitorenter和monitorexit指令。但是可以观察到在方法的访问flags那里都有ACC_SYNCHRONIZED修饰。其实这里也是会用到monitorenter和monitorexit，只不过在修饰方法时用ACC_SYNCHRONIZED代替了。再加上ACC_STATIC就可以判断是静态方法还是实例方法了，后面拿到需要获取的所对象，实现方式就跟代码块那里一样了。

总结

synchronized之所以是JVM层实现的同步控制的，原因在于代码编译中就加入了monitorenter和monitorexit指令控制同步访问，各个JVM厂商按照jvm规范实现该指令。

在使用Synchronized时，用到的方法是wait和notify（或notifyAll），他们的原理是，调用wait方法后，线程让出cpu资源，释放锁，进入waiting状态，进入等待队列【第一个队列】。当有其他线程调用了notify或者notifyAll唤醒时，会将等待队列里的线程对象，移入阻塞队列【第二个队列】，状态是blocked，等待锁被释放后（这个释放时机，由虚拟机来决定，人为无法干预），开始竞争锁。
Synchronized无法中断正在阻塞队列或者等待队列的线程。
**扩展：**Synchronized提供了以下几种类型的锁：偏向锁、轻量级锁、重量级锁。在大部分情况下，并不存在多线程竞争，更常见的是一个线程多次获取同一个锁。那么很多的消耗，其实是在锁的获取与释放上。Synchronized一直在被优化，可以说Synchronized虽然推出的较早，但是效率并不比后来推出的Lock差
- 偏向锁：在jdk1.6中引入，目的是消除在无竞争情况下的同步原语（翻译成人话就是，即使加了synchronized关键字，但是在没有竞争的时候，没必要去做获取-持有-释放锁对象的操作，提高程序运行性能）。怎么做呢？当锁对象第一次被线程A获取时，虚拟机会把对象头中的标志位设置为01，也就是代表偏向模式。同时把代表这个线程A的ID，通过CAS方式，更新到锁对象头的MarkWord中。相同的线程下次再次申请锁的时候，只需要简单的比较线程ID即可。以上操作成功，则成功进入到同步代码块。如果此时有其他线程B来竞争该锁，分两种情况做不同的处理：
  - 1. 如果线程A已执行完（并不会主动的修改锁对象的状态），会直接撤销锁对象的状态为未锁定，标志位为00；
    2. 如果线程A还在持有该锁，则锁升级为轻量级锁
- 轻量级锁：也是JDK1.6中引入的，轻量级，是相对于使用互斥量的重量级锁来说的。线程发生竞争锁的时候，不会直接进入阻塞状态，而是先尝试做CAS修改操作，进入自旋，这个过程避免了线程状态切换的开销，不过要消耗cpu资源。详细过程是：
  - 线程尝试进入同步代码块，如果锁对象未被锁定，在当前线程对应的栈帧中，建立锁记录的空间，用于存储锁对象Mark Word的拷贝。
  - 然后JVM用CAS方式尝试将锁对象的MarkWord内容替换为指向前述“锁记录”的指针。如果成功，当前线程则持有了锁，处于轻量级锁定状态；如果失败，会首先检查当前MarkWord是否已经指向当前线程栈帧的“锁记录”，如果是，就说明当前线程已经拥有了这个锁，直接重入即可。否则就表明是其他线程持有锁，那么进入自旋（其实就是重试CAS修改操作）。
  - 释放锁时，是使用CAS来讲MarkWord和“锁记录”里的内容互换。如果成功，成功释放；如果事变，表明当前锁存在竞争（被其他线程修改了MarkWord里的数据），此时，锁会升级为重量级锁。
- 重量级锁：也就是我们使用的互斥量方式实现的锁，当存在多线程竞争时，只要没拿到锁，就会进入阻塞状态，主要消耗是在阻塞-唤起-阻塞-唤起的线程状态切换上。
- 上面介绍的三种类型的锁，是JVM来负责管理使用哪种类型锁，以及锁的升级（注意，没有降级）。