synchronized優化原理

輕量級鎖

如果一個對象有多個線程訪問，但多線程訪問的時間是錯開的（沒有競爭），可以用輕量級鎖優化

  @Slf4j(topic = "c.ExerciseTransfer")public class Test {?static final Object obj = new Object();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {synchronized (obj){method();}}?public static void method(){synchronized (obj){}}}

讓鎖記錄中 Object reference 指向鎖對象，并嘗試用 cas 替換 Object 的 Mark Word，將 Mark Word 的值存 入鎖記錄

如果 cas 替換成功，對象頭中存儲了 鎖記錄地址和狀態 00 ，表示由該線程給對象加鎖，這時圖示如下。

如果 cas 失敗，有兩種情況

• 如果是其它線程已經持有了該 Object 的輕量級鎖，這時表明有競爭，進入鎖膨脹過程

• 如果是自己執行了 synchronized 鎖重入，那么再添加一條 Lock Record 作為重入的計數

當退出 synchronized 代碼塊（解鎖時）如果有取值為 null 的鎖記錄，表示有重入，這時重置鎖記錄，表示重入計數減一。

當退出 synchronized 代碼塊（解鎖時）鎖記錄的值不為 null，這時使用 cas 將 Mark Word 的值恢復給對象頭

• 成功，則解鎖成功

• 失敗，說明輕量級鎖進行了鎖膨脹或已經升級為重量級鎖，進入重量級鎖解鎖流程

鎖膨脹

如果在嘗試加輕量級鎖的過程中，CAS 操作無法成功，這時一種情況就是有其它線程為此對象加上了輕量級鎖（有 競爭），這時需要進行鎖膨脹，將輕量級鎖變為重量級鎖。

這時 Thread-1 加輕量級鎖失敗，進入鎖膨脹流程

• 即為 Object 對象申請 Monitor 鎖，讓 Object 指向重量級鎖地址

• 然后自己進入 Monitor 的 EntryList BLOCKED

  

當 Thread-0 退出同步塊解鎖時，使用 cas 將 Mark Word 的值恢復給對象頭，失敗。這時會進入重量級解鎖 流程，即按照 Monitor 地址找到 Monitor 對象，設置 Owner 為 null，喚醒 EntryList 中 BLOCKED 線程。

自旋優化

重量級鎖競爭的時候，還可以使用自旋來進行優化，如果當前線程自旋成功（即這時候持鎖線程已經退出了同步塊，釋放了鎖），這時當前線程就可以避免阻塞。

偏向鎖

輕量級鎖在沒有競爭時（就自己這個線程），每次重入仍然需要執行 CAS 操作。

Java 6 中引入了偏向鎖來做進一步優化：只有第一次使用 CAS 將線程 ID 設置到對象的 Mark Word 頭，之后發現這個線程 ID 是自己的就表示沒有競爭，不用重新 CAS。以后只要不發生競爭，這個對象就歸該線程所有。例如：

  static final Object obj = new Object();public static void m1() {synchronized( obj ) {// 同步塊 Am2();}}public static void m2() {synchronized( obj ) {// 同步塊 Bm3();}}public static void m3() {synchronized( obj ) {// 同步塊 C}}

偏向狀態

之所以要用偏向鎖是因為輕量級鎖的鎖重入每次都調用CAS進行對比，CAS是一個OS指令操作，速度很慢。所以偏向鎖是把ThreadId直接賦值給markword，那么下次能直接在java上對比這個markword。

1. 偏向鎖帶有延遲性，通常對象創建過一會才會生成

2. 先生成偏向鎖->輕量級鎖->重量級鎖

3. 如果給臨時區使用偏向鎖，那么對應執行線程的id賦值給markword

4. 如果使用了鎖的hashcode，那么偏向鎖就會被禁止，因為hashcode占用的bit太多。

5. 輕量級在鎖記錄上記錄hashcode，重量級在monitor上記錄

6. 如果兩個線程用同一個偏向級鎖，那么鎖會變成不可偏向，升級為輕量級鎖。