Synchronized 和后來(lái)出的這個(gè)lock鎖的區(qū)別

在并發(fā)編程中，多個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)共享資源時(shí)，我們必須考慮如何維護(hù)數(shù)據(jù)的原子性。在
JDK1.5 之前，Java 是依靠 Synchronized 關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)鎖功能來(lái)做到這點(diǎn)的。Synchronized 是 JVM 實(shí)現(xiàn)的一種內(nèi)置鎖，鎖的獲取和釋放是由 JVM 隱式實(shí)現(xiàn)。

到了 JDK1.5 版本，并發(fā)包中新增了 Lock 接口來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖功能，它提供了與 Synchronized
關(guān)鍵字類(lèi)似的同步功能，只是在使用時(shí)需要顯示獲取和釋放鎖

Lock 同步鎖是基于 Java 實(shí)現(xiàn)的，而 Synchronized 是基于底層操作系統(tǒng)的 Mutex Lock
實(shí)現(xiàn)的，每次獲取和釋放鎖操作都會(huì)帶來(lái)用戶(hù)態(tài)和內(nèi)核態(tài)的切換，從而增加系統(tǒng)性能開(kāi)銷(xiāo)

因此，在鎖競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下，Synchronized 同步鎖在性能上就表現(xiàn)得非常糟糕，它也常
被大家稱(chēng)為重量級(jí)鎖。

1.6以后呢對(duì)這個(gè)Synchronized 鎖進(jìn)行了升級(jí)，引入了鎖升級(jí)，某些程度上來(lái)說(shuō)呢。再某些業(yè)務(wù)場(chǎng)景已經(jīng)超過(guò)了lock。

這里再次生明Synchronized 是關(guān)鍵字，而lock是通過(guò)是西安這個(gè)lock接口來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)所功能的。

Synchronized 底層原理 ，也就是他的同步原理

通常 Synchronized 實(shí)現(xiàn)同步鎖的方式有兩種，一種是修飾方法，一種是修飾方法塊。以
下就是通過(guò) Synchronized 實(shí)現(xiàn)的兩種同步方法加鎖的方式：

?javac -encoding UTF-8 SyncTest.java // 先運(yùn)行編譯 class 文件命令

javap -v SyncTest.class // 再通過(guò) javap 打印出字節(jié)文件

通過(guò)以上命令去反編譯出這個(gè)文件的字節(jié)碼文件可以看到

你會(huì)發(fā)現(xiàn)：Synchronized 在修飾同步代碼塊時(shí)，是由 monitorenter和 monitorexit 指令來(lái)實(shí)現(xiàn)同步的。進(jìn)入 monitorenter 指令后，線(xiàn)程將持有 Monitor 對(duì)象，退出 monitorenter 指令后，線(xiàn)程將釋放該 Monitor 對(duì)象。注意修飾的代碼塊

而同步方法的字節(jié)碼中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)：當(dāng) Synchronized 修飾同步方法時(shí)，并沒(méi)有發(fā)
現(xiàn) monitorenter 和 monitorexit 指令，而是出現(xiàn)了一個(gè) ACC_SYNCHRONIZED 標(biāo)志。

這是因?yàn)?JVM 使用了 ACC_SYNCHRONIZED 訪(fǎng)問(wèn)標(biāo)志來(lái)區(qū)分一個(gè)方法是否是同步方法

當(dāng)方法調(diào)用時(shí)，調(diào)用指令將會(huì)檢查該方法是否被設(shè)置 ACC_SYNCHRONIZED 訪(fǎng)問(wèn)標(biāo)志。
如果設(shè)置了該標(biāo)志，執(zhí)行線(xiàn)程將先持有 Monitor 對(duì)象，然后再執(zhí)行方法。在該方法運(yùn)行期
間，其它線(xiàn)程將無(wú)法獲取到該 Mointor 對(duì)象，當(dāng)方法執(zhí)行完成后，再釋放該 Monitor 對(duì)
象。

?再來(lái)看看 Synchronized 修飾方法是怎么實(shí)現(xiàn)鎖原理的。

JVM 中的同步是基于進(jìn)入和退出管程（Monitor）對(duì)象實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)對(duì)象實(shí)例都會(huì)有一個(gè)
Monitor，Monitor 可以和對(duì)象一起創(chuàng)建、銷(xiāo)毀。

當(dāng)多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)一段同步代碼時(shí)，多個(gè)線(xiàn)程會(huì)先被存放在 EntryList 集合中，處于
block 狀態(tài)的線(xiàn)程，都會(huì)被加入到該列表。接下來(lái)當(dāng)線(xiàn)程獲取到對(duì)象的 Monitor 時(shí)，
Monitor 是依靠底層操作系統(tǒng)的 Mutex Lock 來(lái)實(shí)現(xiàn)互斥的，線(xiàn)程申請(qǐng) Mutex 成功，則持
有該 Mutex，其它線(xiàn)程將無(wú)法獲取到該 Mutex。

注意閱讀下圖

?如果線(xiàn)程調(diào)用 wait() 方法，就會(huì)釋放當(dāng)前持有的 Mutex，并且該線(xiàn)程會(huì)進(jìn)入 WaitSet 集合
中，等待下一次被喚醒。如果當(dāng)前線(xiàn)程順利執(zhí)行完方法，也將釋放 Mutex。

這里插播一下 wait和sleep都釋放鎖碼？好像寫(xiě)代碼的時(shí)候遇到過(guò)

?因 Monitor 是依賴(lài)于底層的操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，存在用戶(hù)態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的切換，所以增加了性能開(kāi)銷(xiāo)。

鎖升級(jí)優(yōu)化

為了提升性能，JDK1.6 引入了偏向鎖、輕量級(jí)鎖、重量級(jí)鎖概念，來(lái)減少鎖競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的上
下文切換，而正是新增的 Java 對(duì)象頭實(shí)現(xiàn)了鎖升級(jí)功能。
當(dāng) Java 對(duì)象被 Synchronized 關(guān)鍵字修飾成為同步鎖后，圍繞這個(gè)鎖的一系列升級(jí)操作都
將和 Java 對(duì)象頭有關(guān)。

Java 對(duì)象頭

在 JDK1.6 JVM 中，對(duì)象實(shí)例在堆內(nèi)存中被分為了三個(gè)部分：對(duì)象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)齊填
充。其中 Java 對(duì)象頭由 Mark Word、指向類(lèi)的指針以及數(shù)組長(zhǎng)度三部分組成

Mark Word 記錄了對(duì)象和鎖有關(guān)的信息。Mark Word 在 64 位 JVM 中的長(zhǎng)度是 64bit

?鎖升級(jí)功能主要依賴(lài)于 Mark Word 中的鎖標(biāo)志位和釋放偏向鎖標(biāo)志位，Synchronized 同
步鎖就是從偏向鎖開(kāi)始的，隨著競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，偏向鎖升級(jí)到輕量級(jí)鎖，最終升級(jí)到重量
級(jí)鎖。

1. 偏向鎖

偏向鎖主要用來(lái)優(yōu)化同一線(xiàn)程多次申請(qǐng)同一個(gè)鎖的競(jìng)爭(zhēng)。在某些情況下，大部分時(shí)間是同一
個(gè)線(xiàn)程競(jìng)爭(zhēng)鎖資源，例如，在創(chuàng)建一個(gè)線(xiàn)程并在線(xiàn)程中執(zhí)行循環(huán)監(jiān)聽(tīng)的場(chǎng)景下，或單線(xiàn)程操
作一個(gè)線(xiàn)程安全集合時(shí)，同一線(xiàn)程每次都需要獲取和釋放鎖，每次操作都會(huì)發(fā)生用戶(hù)態(tài)與內(nèi)
核態(tài)的切換。

?再自己的同步代碼塊里加鎖，同步代碼塊有全局變量，我們枷鎖，讓它不被別的線(xiàn)程修改

偏向鎖的作用就是，當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程再次訪(fǎng)問(wèn)這個(gè)同步代碼或方法時(shí)，該線(xiàn)程只需去對(duì)象頭的
Mark Word 中去判斷一下是否有偏向鎖指向它的 ID，無(wú)需再進(jìn)入 Monitor 去競(jìng)爭(zhēng)對(duì)象
了。

當(dāng)對(duì)象被當(dāng)做同步鎖并有一個(gè)線(xiàn)程搶到了鎖時(shí)，鎖標(biāo)志位還是 01，“是否偏向鎖”標(biāo)
志位設(shè)置為 1，并且記錄搶到鎖的線(xiàn)程 ID，表示進(jìn)入偏向鎖狀態(tài)。

一旦出現(xiàn)其它線(xiàn)程競(jìng)爭(zhēng)鎖資源時(shí)，偏向鎖就會(huì)被撤銷(xiāo)。偏向鎖的撤銷(xiāo)需要等待全局安全點(diǎn)，
暫停持有該鎖的線(xiàn)程，同時(shí)檢查該線(xiàn)程是否還在執(zhí)行該方法，如果是，則升級(jí)鎖，反之則被
其它線(xiàn)程搶占。

下圖中紅線(xiàn)流程部分為偏向鎖獲取和撤銷(xiāo)流程：

偏向鎖這個(gè)設(shè)計(jì)到一個(gè)調(diào)優(yōu) 高并發(fā)

在高并發(fā)場(chǎng)景下，當(dāng)大量線(xiàn)程同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)鎖資源時(shí)，偏向鎖就會(huì)被撤銷(xiāo)，發(fā)生
stop the world 后， 開(kāi)啟偏向鎖無(wú)疑會(huì)帶來(lái)更大的性能開(kāi)銷(xiāo)，這時(shí)我們可以通過(guò)添加 JVM
參數(shù)關(guān)閉偏向鎖來(lái)調(diào)優(yōu)系統(tǒng)性能

如果你確定應(yīng)用程序里所有的鎖通常情況下處于競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，可以通過(guò)JVM參數(shù)關(guān)閉偏向鎖：-XX:-
UseBiasedLocking=false，那么程序默認(rèn)會(huì)進(jìn)入輕量級(jí)鎖狀態(tài)。

2.輕量級(jí)鎖

（1）輕量級(jí)鎖加鎖

????????線(xiàn)程在執(zhí)行同步塊之前，JVM會(huì)先在當(dāng)前線(xiàn)程的棧楨中創(chuàng)建用于存儲(chǔ)鎖記錄的空間，并
將對(duì)象頭中的Mark Word復(fù)制到鎖記錄中，官方稱(chēng)為Displaced Mark Word。然后線(xiàn)程嘗試使用
CAS將對(duì)象頭中的Mark Word替換為指向鎖記錄的指針。如果成功，當(dāng)前線(xiàn)程獲得鎖，如果失
敗，表示其他線(xiàn)程競(jìng)爭(zhēng)鎖，當(dāng)前線(xiàn)程便嘗試使用自旋來(lái)獲取鎖。

（2）輕量級(jí)鎖解鎖

輕量級(jí)解鎖時(shí)，會(huì)使用原子的CAS操作將Displaced Mark Word替換回到對(duì)象頭，如果成
功，則表示沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生。如果失敗，表示當(dāng)前鎖存在競(jìng)爭(zhēng)，鎖就會(huì)膨脹成重量級(jí)鎖。圖2-2是
兩個(gè)線(xiàn)程同時(shí)爭(zhēng)奪鎖，導(dǎo)致鎖膨脹的流程圖。

?因?yàn)樽孕龝?huì)消耗CPU，為了避免無(wú)用的自旋（比如獲得鎖的線(xiàn)程被阻塞住了），一旦鎖升級(jí)
成重量級(jí)鎖，就不會(huì)再恢復(fù)到輕量級(jí)鎖狀態(tài)。當(dāng)鎖處于這個(gè)狀態(tài)下，其他線(xiàn)程試圖獲取鎖時(shí)，
都會(huì)被阻塞住，當(dāng)持有鎖的線(xiàn)程釋放鎖之后會(huì)喚醒這些線(xiàn)程，被喚醒的線(xiàn)程就會(huì)進(jìn)行新一輪
的奪鎖之爭(zhēng)。

這里非常重要的一點(diǎn)就是

當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)同步塊并獲取鎖時(shí)，會(huì)在對(duì)象頭和棧幀中的鎖記錄里存儲(chǔ)鎖偏向的線(xiàn)程ID文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-631494.html

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