synchronized关键字

可用来给对象和方法或者代码块加锁，当它锁定一个方法或者一个代码块的时候，同一时刻最多只有一个线程执行这段代码。可能锁对象包括： this， 临界资源对象，Class 类对象

同步方法

同步方法锁定的是当前对象。当多线程通过同一个对象引用多次调用当前同步方法时， 需同步执行。

public synchronized void test() {
          System.out.println("测试一下");
    }

同步代码块

同步代码块的同步粒度更加细致，是商业开发中推荐的编程方式。可以定位到具体的同步位置，而不是简单的将方法整体实现同步逻辑。在效率上，相对更高。
锁定临界对象
同步代码块在执行时，是锁定 object 对象。当多个线程调用同一个方法时，锁定对象不变的情况下，需同步执行。

public void test() {
        synchronized(o) {
            System.out.println("测试一下");
        }
    }

锁定当前对象

public void test() {
        synchronized(this) {
            System.out.println("测试一下");
        }
    }

synchronized底层原理

synchronized是基于JVM内置锁实现，通过内部对象Monitor(监视器锁)实现，基于进入与退出Monitor对象实现方法与代码块同步，监视器锁的实现依赖底层操作系统的Mutex lock（互斥锁）实现，它是一个重量级锁性能较低。当然，JVM内置锁在1.5之后版本做了重大的优化，如锁粗化（Lock Coarsening）、锁消除（Lock Elimination）、轻量级锁（Lightweight Locking）、偏向锁（Biased Locking）、适应性自旋（Adaptive Spinning）等技术来减少锁操作的开销，，内置锁的并发性能已经基本与Lock持平。
synchronized关键字被编译成字节码后会被翻译成monitorenter 和** monitorexit** 两条指令分别在同步块逻辑代码的起始位置与结束位置。

 

每个同步对象都有一个自己的Monitor(监视器锁)，加锁过程如下图所示：

 

对象的内存布局

HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充 （Padding）

• 对象头：比如 hash码，对象所属的年代，对象锁，锁状态标志，偏向锁（线程）ID，偏向时间，数组长度（数组对象） 等。
• 实例数据: 存放类的属性数据信息，包括父类的属性信息；
• 对齐填充：由于虚拟机要求 对象起始地址必须是8字节的整数倍。填充数据不是必须存在的，仅仅是为了字节对齐；
   

对象头

HotSpot虚拟机的对象头包括两部分信息，第一部分是“Mark Word”，用于存储对象自身的运行时数据， 如哈希码 （HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等等，它是实现轻量级锁和偏向锁的关 键。，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机（暂 不考虑开启压缩指针的场景）中分别为32个和64个Bits，官方称它为“Mark Word”。

锁的膨胀升级过程

加锁可以使一段代码在同一时间只有一个线程可以访问，在增加安全性的同时，牺牲掉的是程序的执行性能，所以为了在一定程度上减少获得锁和释放锁带来的性能消耗，在 jdk6 之后便引入了“偏向锁”和“轻量级锁”，所以总共有4种锁状态，级别由低到高依次为：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态。这几个状态会随着竞争情况逐渐升级，此过程为不可逆。所以 synchronized 锁膨胀过程其实就是无锁 → 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁的一个过程。

• 偏向锁： 刚执行到Synchronized关键字时的锁对象为偏向锁（偏向第一个申请到它的线程）（通过CAS操作修改对象头里的锁标志位），当该线程执行完之后，锁不会被释放；当第二次执行到同步代码块时，线程会判断当前持有锁的线程是否就是自己（对象头里有持有锁的线程ID），若是则继续往下执行，不需要重新加锁；若不是，则会把偏向锁升级为轻量级锁。
• 轻量级锁: 当有第二个线程加入锁竞争时，偏向锁就会升级为轻量级锁。轻量级锁是自旋锁，即当一个线程申请锁而不得时，该线程就会进入自旋（为什么是自旋而不是挂起呢？因为挂起和恢复需要在用户态和内核态之间切换，会造成较大的开销，而短时间的自旋开销更小，不需要切换状态）。
• 重量级锁： 若某线程忙等次数过多大于设置的阈值，说明锁竞争情况严重（长时间的自旋会造成CPU资源的浪费，开销变大），因此这个达到最大自旋次数的线程就会将轻量级锁升级为重量级锁（CAS操作修改锁标志位），将自己挂起，放弃CPU,等待未来被唤醒。