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synchronized关键字和锁升级

1. synchronized实现原理

   Java对象都是存放在堆内存中，而对象大致可以分为下列三个部分，所以锁的信息都存放在对象头中。

• 对象头

  专门使用一些指针来存放各种对象类型信息，比如对象的hasCode，分代年龄，锁的状态等。

  

• 实例变量

  存储对象的属性信息和父类的信息

• 填充字符

  因为虚拟机要求对象的字节大小必须是8字节的整数，所以填充字符就是专门在不是8字节的整数的情况下凑齐这个整数。

• monitor

  每个对象都有一个与之关联的monitor，而当一个monitor被某个线程持有后，就表示这个线程获取了这个对象锁，也就是锁定住了。

  在HotSpot虚拟机中的实现中(位于HotSpot虚拟机源码ObjectMonitor.hpp文件)，是有两个队列，分别是_WaitSet和_EntryList队列，保存的类型是ObjectWaiter，_owner指针则是指向了拥有锁的线程，也就是线程类型，有多个线程访问的时候会把所有线程放入_EntryList队列，当某个而线程获取monitor后会把_owner指向当前线程，然后把monitor中的计数器加1，释放锁则把_owner置为null，并且把计数器减1，如果是调用了wait()方法，还会把线程放入_WaitSet队列中等待唤醒。

2. 锁升级

   看上面的两张对象头的图，会发现有三种不同类型的锁状态，这是在JDK1.6版本中引入的对synchronized锁的优化，要注意的是锁只能向上升级，也就是偏向锁->轻量锁->重量锁。

   

   • 偏向锁

     有时候一段代码虽然上了锁，但是可能一段时期内只有一个线程访问，这个时候任何竞争操作都是对性能的浪费。所以虚拟机做了优化，当第一个线程进来的时候会在对象头中把锁设置为偏向锁，同时也记录了这个线程的id，往后如果每次都是这个线程来获取锁，就什么同步操作都不做，但是一旦有一个新的线程过来竞争锁，虚拟机就会修改锁的状态，锁会升级为轻量锁。

   • 轻量锁

     轻量锁是指在两个线程竞争的情况下，这个时候如果两个锁互相竞争的情况下，阻塞操作的性能消耗比较大，而且可能频繁交替竞争阻塞，所以直接使用自旋的方式来代替阻塞。

   • 重量锁

     当竞争的线程达到了3个的时候锁就会膨胀为重量锁，因为自旋也是要耗费CPU时间的，如果竞争的线程很多，自旋就得不偿失了，所以转变为重量锁，阻塞所有没有获取锁的线程。