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Synchronized锁

2023-05-16

1、Synchronized基本特性回顾

　　应用场景：多线程环境下保证线程的安全性。
　　使用方式：
　　　　1）Synchronized加在普通方法上，使用的是this锁，也就是当前对象
　　　　2）Synchronized加在静态方法上，使用的是class字节码作为锁
　　　　3）Synchronized加在代码块，可以以任何对象作为锁
       Synchronized锁会关联一个对象　monitor对象
　　Synchronized是一个Java关键字  Java对象 转 C代码 转 汇编。

2、Synchronized monitor对象源码解读

　　每个 Java 对象都可以关联一个 Monitor 对象，如果使用 synchronized 给对象上锁（重量级）之后，该对象头的Mark Word 中就被设置指向 Monitor 对象的指针。
        Synchronized的锁对象的对象头中的Mark Word会关联一个monitor对象。这个monitor对象不是我们主动创建的，是JVM的线程执行到这个同步代码块，发现锁对象没有monitor就会创建monitor，monitor内部有两个重要的成员变量：
　　【owner】记录拥有这把锁的线程；
　　【recursions】记录线程拥有锁的次数（重入次数、递归次数）。
　　  当一个线程拥有monitor后其他线程只能等待
　　【_EntryList】锁池。锁的竞争过程中，一旦有线程抢锁成功，其他线程会存放在_EntryList中，处于等待阻塞状态。竞争锁失败的会存放在这里阻塞等待。
　　　　（当锁释放之后，唤醒锁池中的线程）
　　【_cxq】竞争，所有线程都没有拿到锁的情况下，通过单向链表的形式存放参与竞争的线程。一旦有线程抢锁成功，其他线程会存放在_EntryList中。
　　【_WaitSet】等待池。等待池中的线程不会去竞争锁资源。通过锁对象的.wait方法，当前线程释放所持的锁，且变为阻塞状态存放到_WaitSet；调用notify方法时，取出一个在_WaitSet中等待的线程，放入到_EntryList中（并未唤醒）。notify方法所谓的唤醒线程只是将线程转移到_EntryList中，并未真正唤醒。

3、Synchronized对象布局分析

对象头16个字节：
　　MarkWord     对象自身的运行时数据 ：存放hashcode、GC分代、锁状态标记、持有的锁线程、偏向锁线程 ID等  8个字节。  
　　Class Point    指向实例的引用                                                    8个字节
实例数据（成员变量 ）：
　　private int userId;  //4个字节
对齐填充数据：
　　由于HotSpot虚拟机的自动内存管理系统要求对象的起始地址必须是8字节的整数倍，也就是对象的大小必须是8字节的整数倍。
　　当对象头加上实例数据的字节数不是8的倍数，需要通过对齐填充来补全。

4、new 一个对象占用多少个字节？

　　对象头16个字节（未压缩）+实例数据（int四个字节，boolean1个字节）+填充数据（凑8的倍数）。　　

5、Synchronized锁的升级过程　　

5.1偏向锁：（jdk6开始优化）

　　定义：只有一个线程重复使用的时候产生，通过判断减少CAS过程。（适用于一个线程）
　　优点：没有锁的竞争，提高锁的效率。
　　过程：
　　① 线程t1检查Java对象头中是否有关联当前线程。
　　② 如果没有的情况下，使用CAS修改MarkWord，标记为当前线程t1。
　　③ 如果使用CAS修改成功，获取锁；如果修改失败，则说明当前MarkWord已经被其他线程修改过，获取锁失败。
　　④ 如果使用CAS修改MarkWord成功，MarkWord标记为当前线程，同时修改MarkWord中偏向锁标记为1。
　　偏向锁撤销：如果线程一直持有偏向锁，突然有另一个线程开始竞争java锁对象，这时偏向锁会开始撤销。撤销之后有可能会改为轻量锁或重量锁。

5.2 轻量锁

　　定义：当多个线程在间隔的方式竞争我们的锁对象，短暂结合自旋控制。
　　栈帧：方法的执行空间
　　过程：
　　T线程会复制对锁象头中markword（gc分代、hashcode）到栈帧空间，使用CAS修改锁对象的markword（非复制过来的markword）指针关联到该线程的栈帧空间地址，修改成功执行同步代码；修改失败则自旋，自旋多次升级为重量级锁。
　　为甚么要升级到重量级锁？　　　　因为自旋非常消耗内存

5.3 重量锁：

　　只要有一个线程获取到锁，其他线程都会变为阻塞状态。效率非常低。

6、、偏向锁、轻量级锁、自旋锁、重量级锁过程

　　偏向锁：只有一个线程的情况下，可以使用轻量级减少CAS加锁和释放锁的操作。如果多个线程同时访问，偏向锁会撤销为轻量锁或重量锁。
　　轻量锁：多个线程间隔或短暂竞争锁的情况下。不会导致当前线程阻塞，没有获取到锁的线程会采用自旋的形式重复获取锁，但是非常消耗内存，如果多次重复获取锁，则升级为重量锁。
　　　　应用场景：同步代码块里的代码执行时间是非常快的情况下。
　　重量锁：没有获取到锁的线程会变为阻塞状态，效率是极低。
　　　　应用场景：线程不会采用自旋的形式，不会消耗CPU资源，释放CPU执行权，同步代码块执行可能比较耗时，其他线程在自旋过程中仍未执行完同步代码块。

7、Synchronized锁的使用需要注意哪些优化问题

1）减少Synchronized同步的范围，减少同步代码块执行的时间，只会使用到偏向锁或轻量锁；
2）将锁的粒度拆分得更细；
　　类似Conhashmap底层实现原理 降低锁的粒度
3）锁一定要做读写分离，只是读的操作不需要加锁；

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