JDK源码Synchronized关键字原理，和锁的膨胀过程

Posted 2021-05-16 一懒众衫小QAQ

Synchronized关键字原理，和锁的膨胀过程

一：Synchronized关键字介绍

synchronized是Java中的关键字，用于线程的同步。可以用在三个地方。

​ 1：同步实例方法，锁是当前实例对象；

​ 2：同步类方法，锁是当前类对象；

​ 3：同步代码块，锁是括号里面的对象；

二：Synchronized的原理解析

1：synchronized是JVM内置锁，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。

我们对Synchronized的代码进行编译成字节码文件后，可以看到

public class SynchronizedDemo {
  
  private final Object object = new Object();
  @Test
  public void test01() {
    synchronized (object) {
      System.out.println("true = " + true);
    }
  }
}

比如这段代码，我们锁的object对象，但是jvm怎么实现锁定对象的呢？

首先我们认识一下对象在jvm里面内存结构。

JVM锁的膨胀过程

内存中java对象是通过mark word在记录锁的状态。分表记录了轻量级锁，重量级锁，偏向锁，无锁的四种状态。

通过锁的标记位标记锁的状态。

比如现在线程T1进入获取锁的代码，首先判断这个锁对象（如：标记的object对象）首先检查锁的标志位，如果是01，然后再判断是否未偏向锁，检查标记是否未偏向锁的bit位是否位1，如果是1的话当前对象处于就是偏向锁,如果是0的话就是无锁状态，无锁的话，通过CAS修改锁的状态位偏向锁。

这个时候线程T2来获取锁，首先检查当前锁的状态，此时处于偏向锁状态。然后判断当前占用锁的线程ID是否位为自己。明显当前偏向锁的占有者是t1线程

这时候，t2线程会尝试 通过CAS修改，这个CAS循环获取锁的此时jvm可以有限制的，再指定次数获取失败后。

就说检查当前占用锁的t1线程是否走完同步代码块，如果走完了，设置当前占用锁的线程id为null。这个时候线程t2就可以获取到锁了。

如果t1没有走完同步代码块，还在进行同步逻辑。这个时候偏向锁就会升级为偏向锁，将锁的标记为设置为00（前面图中所示）。

这个时候锁的标记位如下图。

这个时候我们的t1线程，在线程栈占用开辟一块空间，执行我们的锁对象，同时锁对象中的Mark word中也会有空间指针指向，t1线程栈中的空间。如下图所示。

这个时候t2同样没有获取到锁，这时候t2同样通过CAS(一定次数)修改mark word中轻量级锁的指针。假如继续获取失败。

锁就会继续膨胀升级位重量级锁。这个时候锁的Mark word 如下图

这个时候，锁就进入了java6以前版本的模式了。t2就会被阻塞挂起来，等t1执行结束后重新被唤醒。

synchronized是JVM内置锁，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

总结

synchronized在java6 以后做了升级，性能不输我们java.util.concurrent包中的lock锁。同时我们看Synchronized原理知道，我们在用Synchronized关键字同步代码块的时候，锁定的范围尽量小，执行的时间尽量控制短一些。不然锁容易膨胀，性能就会下降。