Synchronized的底层实现原理

约定不等于承诺〃 2023-09-30 15:07 20阅读 0赞

#### 目录 ####

*  一、Synchronized锁表现的三种形式
 *  二、Synchronized的底层实现
 *   *  1. 为什么synchronized被叫做重量级锁
     *  2.对象在内存存储中的存储布局
     *  3. synchronized 的锁升级

## 一、Synchronized锁表现的三种形式 ##

1.  对于普通方法，锁的是当前的是对象
2.  对于静态同步方法，锁的是当前类的class对象
3.  对于同步代码块，锁的是synchronized括号里配置的对象

## 二、Synchronized的底层实现 ##

### 1. 为什么synchronized被叫做重量级锁 ###

synchronized是通过对内部的监视器锁（monitor）来实现的，而监视器锁又是依赖于操作系统中的互斥锁(Mutex Lock)来实现的，而操作系统实现线程之间的切换从用户态转换为内核态，这个成本会非常的高，转换需要的时间需要相对比较长的时间，这也是为什么synchronized效率低的原因，所有底层依赖于Mutex Lock 实现的锁，我们称之为重量级锁

synchronized的底层实现是完全依赖JVM虚拟机的,所以谈synchronized的底层实现，就不得不谈数据在JVM内存的存储：Java对象头，以及Monitor对象监视器。

### 2.对象在内存存储中的存储布局 ###

![在这里插入图片描述][54c35639873049389ddcbda2e2e5ad9b.png]

1.  类型指针（class Pointer）  
    是对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。
2.  标记字段(Mark Word)  
    用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC信息、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID、偏向时间戳等等,它是实现轻量级锁和偏向锁的关键。
3.  实例数据(instance data)：记录了对象里面的变量数据。
4.  对齐填充 （padding）：作为对齐使用，对象在64位服务版本中，规定对象内存必须要能被8字节整除，如果不能整除，那么久靠对齐来不。举个例子：new出了一个对象，内存只占用18字节，但是规定要能被8整除，所以padding=6
5.  Monitor  
    monitor描述为对象监视器,可以类比为一个特殊的房间，这个房间中有一些被保护的数据，monitor保证每次只能有一个线程能进入这个房间进行访问被保护的数据，进入房间即为持有monitor，退出房间即为释放monitor。

### 3. synchronized 的锁升级 ###

锁解决了数据的安全性，但是同样带来了性能的下降，hotspot 虚拟机的作者经过调查发现，大部分情况下，加锁的代码不仅仅不存在多线程竞争，而且总是由同一个线程多次获得。

所以基于这样一个概率,synchronized 在JDK1.6 之后做了一些优化，为了减少获得锁和释放锁来的性能开销，引入了偏向锁、轻量级锁，锁的状态根据竞争激烈的程度从低到高不断升级。

1.无锁

无锁没有对资源进行锁定，所有的线程都能访问并修改同一个资源，但同时只有一个线程能修改成功。

2.偏向锁

偏向锁是JDK6中引入的一项锁优化，大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。

偏向锁会偏向于第一个获得它的线程，如果在接下来的执行过程中，该锁没有被其他的线程获取，则持有偏向锁的线程将永远不需要同步。

3.轻量级锁

是指当锁是偏向锁的时候，被另外的线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，从而提高性能。

4.重量级锁

指的是原始的Synchronized的实现，重量级锁的特点：其他线程试图获取锁时，都会被阻塞，只有持有锁的线程释放锁之后才会唤醒这些线程。