Synchronized

简介

Synchronized是Java的一个关键字，通过它可以实现线程安全。

使用方式

1. 修饰实例方法

   将实例作为锁对象

2. 修饰静态方法与静态代码块

   将Class对象作为锁对象

3. 自定义锁对象

原理

编译过程中会生成monitorenter与monitorexit字节码指令。锁信息会记录在锁对象的对象头中的Mark Word中

锁升级过程

参考：锁升级过程

最初Synchronized是采用重量级锁，重量级锁存在内核态与用户态的切换，存在性能损耗。于是后续进行了相关优化：锁升级

无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁

偏向锁：偏向锁只有遇到其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁，线程是不会主动释放偏向锁的。线程尝试竞争时，偏向锁等待全局安全点判断是否有竞争恢复到轻量级锁或无锁状态。偏向锁适用于同一个线程多次获取锁的情况。 缺点：竞争激烈情况下，存在锁撤销的开销，此时可以关闭偏向锁

轻量级锁：适用于多个线程交替获取锁，很少发生竞争， 缺点：消耗CPU

重量级锁：系统中存在大量的线程同时尝试获取锁，高并发场景，缺点：线程阻塞唤醒，频繁切换上下文性能损耗

详细过程：

1. 尝试获取锁的线程，检查锁对象头中Mark Word记录的线程ID。如果与当前线程ID相同，表示已获取锁直接执行
2. 如果发现与当前线程不一致，偏向锁撤销升级为轻量级锁。拷贝Mark Word到栈帧，尝试CAS自旋修改Mark Word指向栈帧，修改成功则获得锁，否则在多次（15次）自旋失败后膨胀为重量级锁
3. 此时存在大量竞争，未保证线程安全并且降低自旋导致的cpu busy。重量级锁接管，对于未获取锁的线程进行阻塞。等待锁释放操作系统调度。