synchronized使用场景

Synchronized主要两种使用方式：修饰方法与修饰对象

修饰方法

// 非静态方法
// Synchronized修饰非静态方法，实际上是对调用该方法的对象加锁，俗称“对象锁”。
public synchronized void funA(){
        System.out.println("hello world");
}

// 修饰静态方法
// Synchronized修饰静态方法，实际上是对该类对象加锁，俗称“类锁”。
public synchronized static void funD(){
        System.out.println("hello world");
}

修饰对象

// 修饰对象
public void funB(){
        synchronized (this){
            System.out.println("hello world");
        }
}

// 修饰类对象
public void funC(){
        synchronized (SynchronizedDemo.class){
            System.out.println("hello world");
        }
}

synchronized原理

Synchronized不论是修饰方法还是代码块，都是通过持有修饰对象的锁来实现同步(类本身也是一个对象)

对象内存布局

在HotSpot虚拟机里,对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分:

对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。与synchronized相关的结构主要是对象头。

HotSpot虚拟机对象的对象头部分包括两类信息：

Mark Word（标记字段）：存储对象自身的运行时数据，如哈希码(HashCode)、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等,这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机(未开启压缩指针)中分别为32个比特和64个比特。
Klass Point（类型指针）：对象指向它的类型元数据的指针,Java虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。

在64位系统中，Mark Word结构如下所示：

锁的升级

在 Java 6 之前，Monitor 的实现完全是依靠操作系统内部的互斥锁，因为需要进行用户态到内核态的切换，所以同步操作是一个无差别的重量级操作。

JVM 对此进行了大刀阔斧地改进，提供了三种不同的 Monitor 实现，也就是常说的三种不同的锁：偏斜锁（Biased Locking）、轻量级锁和重量级锁，大大改进了其性能。

偏向锁

当线程1访问代码块并获取锁对象时，会在java对象头和栈帧中记录偏向的锁的threadID。

因为偏向锁不会主动释放锁，因此以后线程1再次获取锁的时候，需要比较当前线程的threadID和Java对象头中的threadID是否一致，如果一致（还是线程1获取锁对象），则无需使用CAS来加锁、解锁；

如果不一致（其他线程，如线程2要竞争锁对象，而偏向锁不会主动释放因此还是存储的线程1的threadID），那么需要查看Java对象头中记录的线程1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（线程2）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（线程1）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1，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1获取轻量级锁时，会先把锁对象的对象头MarkWord复制一份到线程1的栈帧中，创建的用于存储锁记录的空间（称为DisplacedMarkWord），然后使用CAS把对象头中的内容更新为线程1存储的锁记录（DisplacedMarkWord）的地址；

如果在线程1复制对象头的同时（在线程1CAS之前），线程2也准备获取锁，复制了对象头到线程2的锁记录空间中，但是在线程2CAS的时候，发现线程1已经把对象头换了，线程2的CAS失败，那么线程2就尝试使用自旋锁来等待线程1释放锁。

长时间的自旋会消耗大量的CPU资源，在一定条件下，轻量级锁就会膨胀为重量级锁，这里的一定条件指的是：

自旋的次数超过限制，这个限制通过JVM参数-XX:PreBlockSpin设置，默认为10。
线程2自旋等待期间，有线程3竞争锁对象。

重量级锁

重量级锁是传统意义上的锁，非公平，可重入，所有未获取锁资源的线程都将被阻塞。

【深入浅出Java多线程】Synchronized