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java Synchronized的优化

每一个对象都有一个监视器锁（monitor），当monitor被占用时标识对象已经被锁定了

java对象头

java对象在内存中的存储分为以下几部分

对象头

实例数据
对其填充

重量级锁（多个线程共同竞争同一个临界区）

Synchronized是通过对象内部的一个叫做监视器锁（monitor）来实现的。但是监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的。 而操作系统实现线程之间的切换这就需要从用户态转换到核心态，这个成本非常高 ，状态之间的转换需要相对比较长的时间，这就是为什么Synchronized效率低的原因

临界区：需要获取到对象监视器锁（monitor）才能执行的部分代码。

轻量级锁 (多个线程交替的进入临界区)

本意为线程交替执行临界区代码，并不存在竞争的情况，如果同一时间多个线程竞争访问同一个锁，轻量级锁会膨胀成重量级锁
由对象头的情况来看，当轻量级锁的情况下，对象头内存放的 指向站内锁记录的指针

什么是锁记录:

1.轻量级锁，会在当前的线程栈中，分配一块名字叫 Lock Record(锁记录) 的空间，用于拷贝锁对象的 mark word

2.当轻量级锁释放的时候，锁记录中的 mark word 会重新写会锁对象中。

轻量级锁的加锁过程

在代码进入同步块的时候，如果同步对象锁状态为无锁状态（锁标志位为“01”状态，是否为偏向锁为“0”），虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录（Lock Record）的空间，用于存储锁对象目前的Mark Word的拷贝，官方称之为 Displaced Mark Word。这时候线程堆栈与对象头的状态如图2.1所示。
拷贝对象头中的Mark Word复制到锁记录中。
拷贝成功后，虚拟机将使用CAS操作尝试将对象的Mark Word更新为指向Lock Record的指针，并将Lock record里的owner指针指向object mark word。如果更新成功，则执行步骤4，否则执行步骤5。
如果这个更新动作成功了，那么这个线程就拥有了该对象的锁，并且对象Mark Word的锁标志位设置为“00”，即表示此对象处于轻量级锁定状态，这时候线程堆栈与对象头的状态如图2.2所示。
如果这个更新操作失败了，虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果是就说明当前线程已经拥有了这个对象的锁，那就可以直接进入同步块继续执行。否则说明多个线程竞争锁，轻量级锁就要膨胀为重量级锁，锁标志的状态值变为“10”，Mark Word中存储的就是指向重量级锁（互斥量）的指针，后面等待锁的线程也要进入阻塞状态。而当前线程便尝试使用自旋来获取锁，自旋就是为了不让线程阻塞，而采用循环去获取锁的过程。

加锁成功后：

1.对象头mark word 标记为00

2.锁记录是原先对象头中mark word的拷贝，并且锁记录中的owner执行对象头的mark word

3.对象头中原先mark word的内容是指向锁记录的指针

轻量级锁的解锁

通过CAS操作尝试把线程中复制的Displaced Mark Word对象替换当前的Mark Word。
如果替换成功，整个同步过程就完成了。
如果替换失败，说明有其他线程尝试过获取该锁（此时锁已膨胀），那就要在释放锁的同时，唤醒被挂起的线程。

偏向锁(一个线程使用一把锁的情况)

如果只有一个线程竞争锁的情况下，jvm只需要使用偏向锁就可以了。因为偏向锁更加的高效，由上面的介绍可以看到，加偏向锁时，会涉及到 mark word 内容的拷贝，以及多个cas操作。偏向锁更加的方便，只需要做一次cas 轻量级锁是为了在线程交替执行同步块时提高性能，而偏向锁则是在只有一个线程执行同步块时进一步提高性能。

偏向锁的加锁过程

访问Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1，锁标志位是否为01——确认为可偏向状态(无锁和偏向锁时都是01)。
如果为可偏向状态，则测试线程ID是否指向当前线程，如果是，进入步骤（5），否则进入步骤（3）。
如果线程ID并未指向当前线程，则通过CAS操作竞争锁。如果竞争成功，则将Mark Word中线程ID设置为当前线程ID，然后执行（5）；如果竞争失败，执行（4）。
如果CAS获取偏向锁失败，则表示有竞争。当到达全局安全点（safepoint）时获得偏向锁的线程被挂起，偏向锁升级为轻量级锁，然后被阻塞在安全点的线程继续往下执行同步代码。
执行同步代码