Sychronized的原理是什么

Sychronized的原理是什么，很多新手對(duì)此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

Sychronized原理：

（1）進(jìn)入時(shí)：monitorenter

每個(gè)對(duì)象有一個(gè)監(jiān)視器鎖（monitor）。當(dāng)monitor被占用時(shí)就會(huì)處于鎖定狀態(tài)，線程執(zhí)行monitorenter指令時(shí)嘗試獲取monitor的所有權(quán)，過程如下：
1、如果monitor的進(jìn)入數(shù)為0，則該線程進(jìn)入monitor，然后將進(jìn)入數(shù)設(shè)置為1，該線程即為monitor的所有者。
2、如果該線程已經(jīng)占有該monitor，又重新進(jìn)入，則進(jìn)入monitor的進(jìn)入數(shù)加1。
3、如果其他線程已經(jīng)占用了monitor，則該線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到monitor的進(jìn)入數(shù)為0，再重新嘗試獲取monitor的所有權(quán)。

（2）退出時(shí)：monitorexit

執(zhí)行monitorexit的線程必須是objectref所對(duì)應(yīng)的monitor的所有者。
指令執(zhí)行時(shí)，monitor的進(jìn)入數(shù)減1，如果減1后進(jìn)入數(shù)為0，那線程退出monitor，不再是這個(gè)monitor的所有者。其他被這個(gè)monitor阻塞的線程可以嘗試去獲取這個(gè)
monitor 的所有權(quán)。

通過這兩段描述，我們應(yīng)該能很清楚的看出synchronized的實(shí)現(xiàn)原理，synchronized的語義底層是通過一個(gè)monitor的對(duì)象來完成。 
其實(shí)wait/notify等方法也依賴于monitor對(duì)象，這就是為什么只有在同步的塊或者方法中才能調(diào)用wait/notify等方法，否則會(huì)拋出java.lang.IllegalMonitorStateException的異常的原因。

（3）當(dāng)synchronized加在方法前時(shí)：

從反編譯的結(jié)果來看，方法的同步并沒有通過指令monitorenter和monitorexit來完成（其實(shí)也可以通過這兩條指令來實(shí)現(xiàn)）。

相對(duì)于普通方法，其常量池中多了ACC_SYNCHRONIZED標(biāo)示符。

JVM就是根據(jù)該標(biāo)示符來實(shí)現(xiàn)方法的同步的：

當(dāng)方法被調(diào)用時(shí)，調(diào)用指令將會(huì)檢查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 訪問標(biāo)志是否被設(shè)置，如果設(shè)置了，執(zhí)行線程將先獲取monitor，獲取成功之后才能執(zhí)行方法體，方法執(zhí)行完后再釋放monitor。在方法執(zhí)行期間，其他任何線程都無法再獲得同一個(gè)monitor對(duì)象。 其實(shí)本質(zhì)上沒有區(qū)別，只是方法的同步是一種隱式的方式來實(shí)現(xiàn)，無需通過字節(jié)碼來完成。
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以上轉(zhuǎn)自：https://blog.csdn.net/hbtj_1216/article/details/77773292

JVM對(duì)Sychronized的優(yōu)化：

synchronized中的鎖一般分為重量鎖（對(duì)象鎖），自旋鎖，自適應(yīng)自旋鎖，輕量鎖，偏向鎖

自旋鎖的應(yīng)用場(chǎng)景：

線程的阻塞和喚醒需要CPU從用戶態(tài)轉(zhuǎn)為核心態(tài)，頻繁的阻塞和喚醒對(duì)CPU來說是一件負(fù)擔(dān)很重的工作，勢(shì)必會(huì)給系統(tǒng)的并發(fā)性能帶來很大的壓力。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)在許多應(yīng)用上面，對(duì)象鎖的鎖狀態(tài)只會(huì)持續(xù)很短一段時(shí)間，為了這一段很短的時(shí)間頻繁地阻塞和喚醒線程是非常不值得的，所以引入自旋鎖。

若一個(gè)線程等待獲取鎖對(duì)象所持續(xù)的時(shí)間非常短，這時(shí)適合使用自旋鎖。所謂自旋鎖，就是等待鎖的線程并不進(jìn)入阻塞狀態(tài)，而是執(zhí)行一個(gè)無意義的循環(huán)。在循環(huán)結(jié)束后查看鎖是否已經(jīng)被釋放，若已經(jīng)釋放則直接進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)。因?yàn)殚L時(shí)間無意義循環(huán)也會(huì)大量浪費(fèi)系統(tǒng)資源，因此自旋鎖適用于間隔時(shí)間短的加鎖場(chǎng)景。

自適應(yīng)自旋鎖對(duì)自旋次數(shù)的調(diào)整：

JDK 1.6引入了更加聰明的自旋鎖，即自適應(yīng)自旋鎖。所謂自適應(yīng)就意味著自旋的次數(shù)不再是固定的，它是由前一次在同一個(gè)鎖上的自旋時(shí)間及鎖的擁有者的狀態(tài)來決定。線程如果自旋成功了，那么下次自旋的次數(shù)會(huì)更加多，因?yàn)樘摂M機(jī)認(rèn)為既然上次成功了，那么此次自旋也很有可能會(huì)再次成功，那么它就會(huì)允許自旋等待持續(xù)的次數(shù)更多。反之，如果對(duì)于某個(gè)鎖，很少有自旋能夠成功的，那么在以后要或者這個(gè)鎖的時(shí)候自旋的次數(shù)會(huì)減少甚至省略掉自旋過程，以免浪費(fèi)處理器資源。

鎖消除

有些情況下，JVM檢測(cè)到不可能存在共享數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)，這時(shí)JVM會(huì)對(duì)這些同步鎖進(jìn)行鎖消除。鎖消除的依據(jù)是逃逸分析的數(shù)據(jù)支持。

有時(shí)我們雖然沒有顯示使用鎖，但是我們?cè)谑褂靡恍㎎DK的內(nèi)置API時(shí)，如StringBuffer、Vector、HashTable等，它們的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)存在隱形的加鎖操作。比如StringBuffer的append()方法，Vector的add()方法。

在運(yùn)行這段代碼時(shí)，JVM可以明顯檢測(cè)到變量vector沒有逃逸出方法vectorTest()之外，所以JVM可以大膽地將vector內(nèi)部的加鎖操作消除。

鎖粗化

我們知道在使用同步鎖的時(shí)候，需要讓同步塊的作用范圍盡可能小—僅在共享數(shù)據(jù)的實(shí)際作用域中才進(jìn)行同步，這樣做的目的是為了使需要同步的操作數(shù)量盡可能縮小，如果存在鎖競(jìng)爭(zhēng)，那么等待鎖的線程也能盡快拿到鎖。 
在大多數(shù)的情況下，上述觀點(diǎn)是正確的。但是如果一系列的連續(xù)加鎖解鎖操作，可能會(huì)導(dǎo)致不必要的性能損耗，所以引入鎖粗話的概念。 
鎖粗化就是將多個(gè)連續(xù)的加鎖、解鎖操作連接在一起，擴(kuò)展成一個(gè)范圍更大的鎖。如上面實(shí)例：vector每次add的時(shí)候都需要加鎖操作，JVM檢測(cè)到對(duì)同一個(gè)對(duì)象（vector）連續(xù)加鎖、解鎖操作，會(huì)合并一個(gè)更大范圍的加鎖、解鎖操作，即加鎖解鎖操作會(huì)移到for循環(huán)之外。

輕量鎖和偏向鎖：

適用于沒有線程競(jìng)爭(zhēng)的情況。無法代替重量鎖

重量級(jí)鎖：

重量級(jí)鎖通過對(duì)象內(nèi)部的監(jiān)視器（monitor）實(shí)現(xiàn)，其中monitor的本質(zhì)是依賴于底層操作系統(tǒng)的Mutex Lock實(shí)現(xiàn)，操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線程之間的切換需要從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換，切換成本非常高。

（3）上面幾種鎖都是JVM自己內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，當(dāng)我們執(zhí)行synchronized同步塊的時(shí)候jvm會(huì)根據(jù)啟用的鎖和當(dāng)前線程的爭(zhēng)用情況，決定如何執(zhí)行同步操作；

在所有的鎖都啟用的情況下線程進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)會(huì)先去獲取偏向鎖，如果已經(jīng)存在偏向鎖了，則會(huì)嘗試獲取輕量級(jí)鎖，如果以上兩種都失敗，則啟用自旋鎖，如果自旋也沒有獲取到鎖，則使用重量級(jí)鎖，沒有獲取到鎖的線程阻塞掛起，直到持有鎖的線程執(zhí)行完同步塊喚醒他們；

偏向鎖--》輕量級(jí)鎖--》自旋鎖--》重量級(jí)鎖

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