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synchronized原理学习笔记

所有Java对象都会有一个monitor，当monitor被持有后，对象就处于锁定状态。当执行到monitorenter指令时，线程会尝试获取对象的monitor，而执行monitorexit后会释放对象的monitor

Java SE 1.6为了降低锁的获取、释放造成的性能损耗，增加了偏向锁、轻量级锁。锁的级别由高到低依次为无锁状态、偏向锁、轻量级锁、重量级锁，锁可以升级，但不可以降级

锁由同一线程多次获取时，会在对象头中记录线程ID，并在之后对同步块的访问时，不需要进行CAS操作来加锁、解锁。

Mark Word记录于对象头，存储对象的hashcode或锁信息

这里补充无锁状态的Mark Word状态

锁状态	hashcode	分代年龄	是否偏向锁	锁标志位
无锁状态	对象的hashcode	对象分代年龄	0	01

偏向锁状态的Mark Word状态

锁状态	Thread ID	epoch	分代年龄	是否偏向锁	锁标志位
偏向锁	记录指向的线程id	epoch	对象分代年龄	1	01

轻量级锁是通过自旋实现非阻塞同步，属于乐观锁，可以膨胀为重量级锁

锁状态	记录	锁标志位
轻量级锁	指向栈中锁记录的指针	01

加锁

解锁

锁升级为重量级锁后，其他试图获取锁的线程均会被阻塞，等待持有锁的线程释放锁后，被唤醒的线程会开始竞争获取锁。

重量级锁是一种互斥锁，其依赖于对象内部的monitor锁实现，在操作系统层面是通过MutexLock实现的。虽然在阻塞时不需要耗费CPU资源，但是线程从阻塞状态唤醒需要操作系统完成状态转换（用户态到内核态），耗时较长。

对比表参考《Java并发编程的艺术》

锁	优点	缺点	适用场景
偏向锁	加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法相比仅存在纳秒级的差距	如果线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗	适用于只有一个线程访问同步块的场景
轻量级锁	非阻塞同步，提高程序响应速度	自旋消耗CPU资源	追求响应时间，同步方法执行速度较快
重量级锁	线程阻塞时不需要消耗CPU	线程阻塞，响应时间缓慢	追求吞吐量，同步块执行时间较长