初識(shí)

synchronized 可以加在方法和類(lèi)上面，作用于類(lèi)和對(duì)象。下面代碼中列出了 synchronized 的用法。

public class SynchronizedTest {

    public static final Object lock = new Object();

    // 鎖的是SynchronizedTest.class對(duì)象
    public static synchronized void sync1() {

    }

    // 鎖的是SynchronizedTest.class對(duì)象
    public static void sync2() {
        synchronized (SynchronizedTest.class) {

        }
    }

    // 鎖的是當(dāng)前實(shí)例this
    public synchronized void sync3() {

    }

    // 鎖的是當(dāng)前實(shí)例this
    public void sync4() {
        synchronized (this) {

        }
    }

    // 鎖的是指定對(duì)象lock
    public void sync5() {
        synchronized (lock) {

        }
    }
}

synchronized 大家都知道是用 monitorenter 和 monitorexit 兩個(gè)指令鎖住同步塊的。

那么 synchronized 是怎么膨脹的呢？為什么會(huì)膨脹呢？

先從 JVM 內(nèi)存開(kāi)始講起，對(duì)象在被實(shí)例化后，是存放在堆內(nèi)存中的，它由 3 部分組成：

1. 對(duì)象頭：存放對(duì)象運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)的信息、指向該對(duì)象所屬 Class 的元數(shù)據(jù)的指針。
2. 實(shí)例數(shù)據(jù)：存放對(duì)象的屬性數(shù)據(jù)信息，包括父類(lèi)的信息。
3. 對(duì)齊填充字節(jié)：由于虛擬機(jī)要求對(duì)象的大小必須是 8 字節(jié)的整數(shù)倍。不是必須存在，僅僅是為了字節(jié)對(duì)齊。

其中對(duì)象頭里面包含了 Mark Word（標(biāo)記字段）和 Class Pointer（類(lèi)型指針）

1. Mark Word 默認(rèn)的存儲(chǔ)對(duì)象的 hashcode、分代年齡、是否偏向鎖、鎖標(biāo)識(shí)位的信息，它在運(yùn)行期間的存儲(chǔ)內(nèi)容會(huì)隨著鎖的變化而變化。

2. Class Pointer（類(lèi)型指針）:對(duì)象指向類(lèi)的元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確定對(duì)象是哪一個(gè)類(lèi)的實(shí)例。

鎖膨脹

偏向鎖、輕量級(jí)鎖、重量級(jí)鎖、自旋鎖，這些都是Synchronzied的鎖的實(shí)現(xiàn)。Synchrozied會(huì)根據(jù)不同的場(chǎng)景選擇不同的鎖，我們只使用Synchronzied，不用關(guān)心它具體使用的哪個(gè)鎖。

偏向鎖

在java 程序中，大多數(shù)情況不存在多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)鎖，往往都是同一個(gè)線(xiàn)程多次獲得同一個(gè)鎖。

當(dāng)只有一個(gè)線(xiàn)程在競(jìng)爭(zhēng)鎖的時(shí)候，在線(xiàn)程獲取到鎖后，將進(jìn)入偏向模式，程序會(huì)將對(duì)象的頭的前 23 個(gè)字節(jié)用 CAS 的方式存儲(chǔ)線(xiàn)程 ID。下次有線(xiàn)程競(jìng)爭(zhēng)鎖，只需要比較對(duì)象頭中的線(xiàn)程 ID 是不是和此時(shí)獲取到鎖的線(xiàn)程 ID 相同。如果相同線(xiàn)程就直接進(jìn)入同步代碼塊，不需要 CAS 競(jìng)爭(zhēng)鎖。

有另外的線(xiàn)程在競(jìng)爭(zhēng)鎖的時(shí)候，持有偏向鎖的線(xiàn)程才會(huì)釋放鎖，持有偏向鎖的線(xiàn)程不會(huì)主動(dòng)釋放偏向鎖。偏向鎖的撤銷(xiāo)，是在沒(méi)有字節(jié)碼執(zhí)行的時(shí)候進(jìn)行的。首先會(huì)暫停偏向鎖的線(xiàn)程，判斷鎖對(duì)象是否被鎖住。撤銷(xiāo)偏向鎖后恢復(fù)成無(wú)鎖或者是輕量級(jí)鎖。

輕量級(jí)鎖

當(dāng)有另外的線(xiàn)程在競(jìng)爭(zhēng)偏向鎖的時(shí)候并且競(jìng)爭(zhēng)失敗了，偏向鎖就會(huì)膨脹為輕量級(jí)鎖，其他的線(xiàn)程會(huì)通過(guò)自旋的方式嘗試獲取鎖。

JVM 會(huì)在當(dāng)前線(xiàn)程的棧幀中創(chuàng)建一個(gè)叫做鎖記錄（Lock Record）的空間，將鎖對(duì)象的 Mark Word 復(fù)制進(jìn)去。這個(gè)官方稱(chēng)為 Displaced Mard Word。然后 JVM 將使用 CAS 操作嘗試將鎖對(duì)象的Mark Word 更新為指向 Lock Record 的指針。如果更新成功，鎖標(biāo)識(shí)位就成為 00，此時(shí)為輕量級(jí)鎖。

重量級(jí)鎖

從上面的表格中就指出重量級(jí)鎖的對(duì)象頭里面存儲(chǔ)的是指向 monitor 的指針，那 monitor 是什么呢？

monitor 又稱(chēng)為管程，Java 中由 ObjectMonitor 實(shí)現(xiàn)。當(dāng)線(xiàn)程要將對(duì)象加鎖的時(shí)候，對(duì)象會(huì)創(chuàng)建一個(gè)monitor。

ObjectMonitor 主要的字段有：

1. owner：就是當(dāng)前加鎖的線(xiàn)程
2. waitSet：就是 owner的線(xiàn)程調(diào)用了 wait() 方法，就進(jìn)入這個(gè)里面
3. entryList：加鎖失敗的線(xiàn)程阻塞在這個(gè)里面
4. recursions：鎖的重入次數(shù)
5. count：用來(lái)記錄是不是有對(duì)象加鎖：0.當(dāng)前對(duì)象沒(méi)有線(xiàn)程加鎖，1. 當(dāng)前對(duì)象有線(xiàn)程加鎖

從輕量級(jí)鎖升級(jí)到重量級(jí)鎖的時(shí)候，對(duì)象頭 Mark Word 存儲(chǔ)已經(jīng)變成了指向 Monitor 的指針。線(xiàn)程可以通過(guò)這個(gè)指針找到 ObjectMonitor，放入 entryList 等待重量級(jí)鎖釋放后競(jìng)爭(zhēng)。entryList 中的線(xiàn)程 CAS 嘗試更新 count = 1，當(dāng)更新成功后將 owner 設(shè)置為當(dāng)前的線(xiàn)程。當(dāng) owner 的線(xiàn)程調(diào)用了 wait() 方法，線(xiàn)程就會(huì)釋放鎖，進(jìn)入 waitSet 中。這個(gè)時(shí)候 count = 1，owner = null，entryList 的線(xiàn)程可以再次競(jìng)爭(zhēng)鎖。

總結(jié)

1. synchronized 不管是加在類(lèi)上還是方法上，如果作用在類(lèi)上，這個(gè)類(lèi)的所有對(duì)象都是同一把鎖，
2. 鎖膨脹時(shí)不可以降級(jí)的