Java1.5以后对synchronized做的优化

1. 前置知识

不同锁下的markword存储结构

2. 锁消除

JVM 在编译期间通过逃逸分析发现对象不会被多个线程访问，从而移除不必要的同步锁代码。锁消除不一定会发生，不可依赖。

3. 锁粗化

JVM 编译优化时发现一个对象的锁 被频繁连续加锁解锁，会将这些 小段代码合并，一次性加锁，从而避免反复加解锁的开销，这叫 锁粗化。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Object o = new Object();
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            synchronized (o) {//加锁释放锁500次
                //操作
            }
        }
    }
}

优化后变为

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Object o = new Object();
        synchronized (o) {//加锁释放锁1次
            for (int i = 0; i < 500; i++) {
                //操作
            }
        }
    }
}

4. 锁升级

锁升级是 Java 虚拟机中为了提高并发性能，对 synchronized锁实现的一种分阶段优化机制。JVM 会根据 竞争程度自动在不同的锁状态之间进行升级。 JDK1.5,synchronized直接使用重量级锁，需要在用户态内核态之间切换，性能相对ReentrantLock较差。

1.5以后可以归类为四种锁

锁状态	适用场景	特点（性能从高到低）
无锁	无并发访问	最高性能
偏向锁	单线程多次访问同一对象	加锁无需 CAS，线程指针存对象头
轻量级锁	多线程访问竞争很少	使用自旋 + CAS
重量级锁	多线程并发 + 竞争激烈	使用操作系统互斥量（阻塞/唤醒）

synchronized可以分为四个锁阶段

锁阶段	特点
无锁/匿名偏向锁	没有被作为锁资源，在一个线程获取资源时候，无锁升级为轻量级锁，匿名偏向升级为偏向锁
偏向锁	当前锁资源，只有一个线程获取，锁资源会存入线程指针，这个线程反复获取这把锁，当这个线程不获取这个锁资源，被其他线程获取该锁资源，那么就会更改存入的线程指针。在多个线程都获取资源时，锁会升级
轻量级锁	使用CAS并且自旋，JVM还会自适应自旋次数，超过自旋次数则升级为重量级锁
重量级锁	传统synchronized的方式，获取锁资源失败就将线程挂起

锁升级/降级路径：因为偏向锁和轻量级锁无法保存hashcode，所以这两种状态，在生成hashcode后，就会偏向锁会降为无锁，轻量级锁升级为重量级锁。

实验

import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

public class Main {
    public static void main(String[] args){
        Object o = new Object();
        //无锁
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        synchronized (o) {
            // 主线程获取锁轻量级锁
            System.out.println("主线程持有锁后对象内存布局：");
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
            o.hashCode();
            // 重量级锁
            System.out.println("调用hashCode()后对象内存布局：");
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        }
    }
}

效果