一、锁概述
1.1 锁的分类
这一小节说的锁指的是锁的思想，并不是实际的锁对象。常见的锁又如下几种：
1.1.1自旋锁：
在循环语句中使用CAS技术尝试更新数据，执行失败则一直在自我循环，直到成功为止，故称为自旋锁。
1.1.2 悲观锁、乐观锁
- 悲观锁：默认其他操作（线程）会更改当前操作（线程）的目标对象，当前操作（线程）会从读数据开始就会直接锁住目标对象，直到操作完成（synchronized锁是典型的悲观锁）。
- 乐观锁：默认其他操作（线程）不会更改当前操作（线程）的目标对象，在执行写操作时，如果现有数据与自己持有的就数据一致，则执行写操作，否则操作失败。（执行sql update时常用）
1.1.3 独享锁（写锁）、共享锁（读锁）
- 独享锁（写锁）：也叫排他锁，是指该锁一次只能被一个线程锁持有。如果线程T对数据A加上排他锁后，则其他线程不能再对A加任何类型的锁。获得排他锁的线程既能读数据又能修改数据（synchronized和JUC中Lock的实现类就是互斥锁）。
- 共享锁（读锁）：指该锁可被多个线程所持有。如果线程T对数据A加上共享锁后，则其他线程只能对A再加共享锁，不能加排他锁。获得共享锁的线程只能读数据，不能修改数据。
1.1.4 可重入锁、不可重入锁：
这里两者的区别在于，在已获取当前锁的情况下，如果能自由进入依旧由当前锁加锁的代码而无需再次获取锁，则为可重入锁。
1.1.5 公平锁、非公平锁：
这里两者的区别在于是否顺序获取锁，后来的线程却先获取来锁，则是非公平锁。
1.2 synchronized关键字
Java中的每个对象都与一个监视器对象相关联，有且只有一个线程能锁定或解锁。任何尝试锁定该监视器的其他线程都会被阻塞，直到获取该监视器的锁。
synchronized关键字还能保证变量的可见性（读写操作都是操作的住内存）。
特性：
- 是悲观锁
- 是独占锁（排他锁）
- 是可重入锁
在使用synchronized锁时，若未指明锁对象，则默认持有this（当前对象）当作锁对象。⚠️注意：对于同一操作，不同线程之间一定要持有同一个锁对象，加锁操作才有意义：
1.2.1 持有不同synchronized锁对象
public class Demo311 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (this) {
demoMethod();
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (this) {
demoMethod();
}
}
}).start();
}
private static void demoMethod() {
System.err.println(Thread.currentThread().getName()+" 正在读取数据……");
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.err.println(Thread.currentThread().getName()+" 正在写入数据……");
}
}
可以看到，两个线程在交替执行，执行结果：
Thread-0 正在读取数据……
Thread-1 正在读取数据……
Thread-0 正在写入数据……
Thread-1 正在写入数据……
1.2.2 持有相同锁对象
锁对象可以是一个共享的obj、或字节码（class）对象。
public class Demo311 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (Demo311.class) {
demoMethod();
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (Demo311.class) {
demoMethod();
}
}
}).start();
}
private static void demoMethod() {
System.err.println(Thread.currentThread().getName()+" 正在读取数据……");
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.err.println(Thread.currentThread().getName()+" 正在写入数据……");
}
}
可以看到，等当前现在执行完毕，另一个线程才开始执行
Thread-0 正在读取数据……
Thread-0 正在写入数据……
Thread-1 正在读取数据……
Thread-1 正在写入数据……
1.3 锁消除与锁粗化
锁消除与锁粗化是JVM层面针对锁做的优化，无需硬编码。
1.3.1 锁消除
锁削除是指虚拟机即时编译器在运行时，对一些代码上要求同步，但是被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行削除。
1.3.2 锁粗化
如果一系列的连续操作都对同一个对象反复加锁和解锁，甚至加锁操作是出现在循环体中的，那即使没有线程竞争，频繁地进行互斥同步操作也会导致不必要的性能损耗。
如果虚拟机探测到有这样一串零碎的操作都对同一个对象加锁，将会把加锁同步的范围扩展（粗化）到整个操作序列的外部（由多次加锁编程只加锁一次）。
通常情况下，为了保证多线程间的有效并发，会要求每个线程持有锁的时间尽可能短，但是大某些情况下，一个程序对同一个锁不间断、高频地请求、同步与释放，会消耗掉一定的系统资源，因为锁的讲求、同步与释放本身会带来性能损耗，这样高频的锁请求就反而不利于系统性能的优化了，虽然单次同步操作的时间可能很短。
锁粗化就是告诉我们任何事情都有个度，有些情况下我们反而希望把很多次锁的请求合并成一个请求，以降低短时间内大量锁请求、同步、释放带来的性能损耗。
二、深入理解synchronized关键字
2.1 synchronized加锁的原理
2.1.1 对象头
对象在提交到JVM中时，需要在对象中添加一些标记字段用于增强对象功能，这些标记字段组成了对象头。一个对象头的基本包含如下几个部分：
- mark word：存储对象自身的运行时数据，如hashcode、gc分代年龄、锁标志位等。也是实现synchronized加锁的核心部分。
- class matedate address：指向类的元数据地址（JVM据此确定当前对象属于哪个类）
- array length（数组长度，仅数组对象拥有）
2.1.2 加锁原理
-
未加锁的对象中，对象头的
mark word中存储的是hashcode、gc分代年龄、锁标志位等信息，无锁状态下的锁标志位为01：
-
线程在尝试获取锁时，使用CAS机制改写锁对象中对象头的mark word信息，改写成功则获取到锁（锁标志位改为00，加锁成功）。会在当前线程中的栈空间空开辟一块空间，存储对象的hashcode、gc分代年龄、锁标志位等信息，而锁对象的请求头中存储的是线程中存储原对象头信息的内存地址。其他线程过来获取锁对象时，发现锁对象已被其他线程持有，则进入阻塞状态。而解锁的过程就是逆向回写到锁对象的mark word中：
2.2 synchronized锁的升级
完整的mark word中会存储如下的某一种信息，表示加锁/未加锁/GC回收：
2.2.1 偏向锁到轻量级锁
偏向锁是JDK为我们提供的synchronized锁优化，JDK认为，大多数场景下时同一个线程在对同步代码块执行加锁解锁操作，这样的操作可以只为其提供偏向锁。
偏向锁是默认开启的，线程A第一次获取锁时，锁对象的mark word字段会记录对应线程A的id，如果解锁后，下次还是同一个线程A来获取锁对象，则无需获取锁对象而是直接执行，这样就减小了加锁解锁的性能消耗。偏向锁的本质就是无锁
但是如果出现了另一个线程B来尝试获取锁对象，则自动由偏向锁升级为轻量级锁：开辟线程的栈空间，存入锁对象中对象头的mark word信息，回写对应的内存地址。如果获取锁失败，则使用CAS机制循环尝试获取锁对象。
2.2.2 重量级锁
如果一直未能获取锁对象，CAS尝试次数过多（次数可通过参数配置），则轻量级锁将会升级为重量级锁，线程也会进入阻塞状态。
