Synchronized原理总结

总结

Monitor

Synchronized的实现是基于Monitor的，而Monitor是基于管程的MESA模型，ObjectMonitor数据结构，三个队列，等待唤醒机制基于Object对象中的方法

对象的内存布局

锁的状态信息是标记在对象头的Mark Word中的。

一个对象由对象头、实例数据、对齐填充三部分组成。对象头由Mark Word、Klass point、数组长度组成。

无锁状态下Mark Word存储的是对象的hash值、gc分代年龄、偏向锁标识位0、锁标识01

偏向锁存储ThreadId、epoch、gc分代年龄、偏向锁标识位1、锁标识01

轻量级锁存储指向栈中锁记录指针、锁标识位00

重量级锁存储指向创建monitor对象指针、锁标识位10

偏向锁

加锁优化机制、提升一把锁一直被一个线程占用，减少轻量级锁CAS重入校验开销

偏向锁延迟4s

新创建的对象默认是匿名偏向状态，ThreadId为0，可偏向但未偏向的状态。

当偏向锁被线程加锁后，偏向锁对象Mark Word中的ThreadId就为当前线程，需要注意的就是这个ThreadI的的不是JVM层面的线程id。当偏向锁被释放后锁对象的锁标识还是101

当线程1释放偏向锁后，线程2再加该锁，此时偏向锁会撤销，先进入到无锁状态，然后变为轻量级锁状态

当线程1还在占有锁，线程2一直竞争不到锁，此时偏向锁会升级为重量级锁

当在偏向锁为加锁时调用hashCode()方法，偏向锁撤销进入无锁状态

当在加锁时同步代码块中调用hashCode()方法，偏向锁会升级我重量级锁

当在加锁时同步代码块中调用wait()方法，偏向锁会升级为重量级锁

当在加锁时同步代码块中调用notify()方法，偏向锁会升级为轻量级锁

为了避免频繁的偏向锁撤销，还有批量重偏向和批量撤销机制。

轻量级锁

轻量级锁不存在自旋。

轻量级锁刚开始加锁时首先是无锁状态，然后拷贝锁对象Mark Word到线程栈中，生成一条锁记录，然后再CAS去修改对象头中的指针指向栈中锁记录，如果修改成功了就表示加锁成功，修改锁状态00，因为存在多线程竞争情况，如果CAS修改指针失败，就会进入到锁膨胀逻辑

如果加锁时不是无锁状态，就去判断可重入锁逻辑，如果对象头指针指向的是当前线程栈就表示可重入，在线程栈中再创建一条锁记录，存储null，修改锁对象头指针指向新的锁记录。如果不可重入，就去进行锁膨胀逻辑

释放锁是会把当前线程栈中锁记录信息恢复到对象头中，然后修改锁状态为无锁

如果要进行锁膨胀，首先会调用方法得到ObjectMonitor对象，然后去执行锁膨胀逻辑。调用方法得到ObjectMonitor对象的流程是首先判断当前锁状态是否已经是10重量级锁了，如果是就表示已经有线程创建完Monitor对象并修改了锁状态，此时直接返回已经创建好了的ObjectMonitor对象。

如果锁状态不是10，那么就去判断一个变量标识位，如果当前是其他线程正在创建Monitor对象过程中，那么就yield()15次，如果标识位还没有变化就park()阻塞

接下来就是创建Monitor对象了，主要流程就是创建并初始化ObjectMonitor对象，CAS去修改锁对象头指针指向新创建的Monitor对象，如果CAS成功就修改锁状态为10，如果CAS失败就释放Monitor对象重试。

所以比较常见的两种情况就是：

无锁 --> CAS加锁成功

已经加锁00 --> 不能重入 --> 尝试创建/获取Monitor对象 --> 锁膨胀自旋 --> 阻塞 --> 唤醒 --> 加重量级锁成功

重量级锁

重量级锁才会存在自旋

重量级锁是基于Monitor实现的，也就是管程的MESA模型。

重量级锁释放锁后会切换到无锁状态

当出现锁竞争，获取到Monitor对象后就会进入到锁膨胀逻辑

在锁膨胀逻辑中会经过CAS尝试加锁与2次自适应自旋，如果还未获取到锁就准备入队，生成一个Node对象，在循环中使用CAS入队，头插入，如果head指针修改失败就再尝试获取一次锁，再CAS ，再尝试，知道入队成功跳出循环

入队成功后就这边阻塞线程了，先进入一个死循环：尝试获取锁 --> 阻塞 等待唤醒 --> 尝试获取锁 --> 自适应自旋 --> 加内存屏障保证可见性

加锁成功才会跳出循环。

重量级锁释放锁流程：实现 _owner为当前线程，并且重入数量也为0。再将_owner置为null，这也是非公平锁的实现，能够让新线程先加到锁。加一个写屏障保证修改立刻生效。根据配置的策略移动_cxq与_EntryList队列元。释放锁，唤醒阻塞线程unpark()。

锁升级

偏向锁升级到轻量级锁

偏向锁升级到重量级锁

轻量级锁升级到重量级锁

锁粗化和锁消除机制