Sychronized详解

检查方法的ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置

CAS操作将对象头的Markword的所记录指针指向当前线程的锁记录上

对齐填充位

获得偏向锁01

原持有偏向锁的线程栈中分配锁记录

同步代码逻辑

monitorenter

未退出同步代码块

通过monitorenter和monitorexit来实现。

释放锁

唤醒原持有偏向锁的线程

在明显多线程竞争剧烈的场景下使用偏向锁是不合适的。

0/1标志

Java 参考了 MESA 模型，语言内置的管程（synchronized）对 MESA 模型进行了精简。MESA 模型中，条件变量可以有多个，Java 语言内置的管程里只有一个条件变量

自旋

hash： 保存对象的哈希码。运行期间调用System.identityHashCode()来计算，延迟计算，并把结果赋值到这里。age： 保存对象的分代年龄。表示对象被GC的次数，当该次数到达阈值的时候，对象就会转移到老年代。biased_lock： 偏向锁标识位。由于无锁和偏向锁的锁标识都是 01，没办法区分，这里引入一位的偏向锁标识位。font color=\"#f44336\

原偏向锁线程

其他线程就可以尝试访问该monitor

使用逃逸分析，编译器可以对代码做如下优化

TreadlD

方法逃逸(

CAS操作1&21、对象头中的Mark Word中锁记录指针是否仍然指向当前 线程锁记录2、拷贝在当前线程锁记录的Mark Word信息是否与对象头中的Mark Word一致

线程访问同步代码块

时间-XX:BiasedLockingDecayTime=25000ms范围内没有达到40次，撤销次数清为0，重新计时

是否偏向

是

锁消除即删除不必要的加锁操作。锁消除是Java虚拟机在JIT编译期间，通过对运行上下文的扫描，去除不可能存在共享资源竞争的锁，通过锁消除，可以节省毫无意义的请求锁时间

开始新一轮锁竞争

CAS操作替换成当前线程ID

原持有偏向锁的线程释放锁0 01

总结：1.批量重偏向和批量撤销是针对类的优化，和对象无关。2.偏向锁重偏向一次之后不可再次重偏向。3.当某个类已经触发批量撤销机制后，JVM会默认当前类产生了严重的问题，剥夺了该类的新实例对象使用偏向锁的权利

while(条件不满足) {  wait();唤醒的时间和获取到锁继续执行的时间是不一致的，被唤醒的线程再次执行时可能条件又不满足了，所以循环检验条件。MESA模型的wait()方法还有一个超时参数，为了避免线程进入等待队列永久阻塞。

偏向锁批量撤销

Data N

锁状态标志01

失败

synchronized的使用

执行方法体，执行完后释放monitor

执行同步代码块

sychronized

指令执行，monitor进入数减一，如果减一后进入数为0，则线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者

锁消除

age

轻量级锁00

原持有偏向锁的线程到达安全点

偏向锁状态执行obj.notify() 会升级为轻量级锁，调用obj.wait(timeout) 会升级为重量级锁

一个线程创建了大量对象并执行了初始的同步操作，后来另一个线程也来将这些对象作为锁对象进行操作，这样会导致大量的偏向锁撤销操作。 

当前线程

从安全点继续执行

32位JVM下的对象结构描述：

synchronized基础

偏向锁撤销之调用wait/notify

偏向锁撤销之调用对象HashCode

成功

3、如果其他线程已经占用该monitor，则该线程进入阻塞状态，知道monitor进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权

Monitor（管程/监视器）

mutex挂起当前线程

OPP

monitorexit

检查对象的Markword中记录的是否当前线程ID

2、如果线程已经占用该monitor，只是重新进入，进入数加1

在获取锁时，是将当前线程插入到cxq的头部，而释放锁时，默认策略（QMode=0）是：如果EntryList为空，则将cxq中的元素按原有顺序插入到EntryList，并唤醒第一个线程，也就是当EntryList为空时，是后来的线程先获取锁。_EntryList不为空，直接从_EntryList中唤醒线程。

开始偏向锁撤销（等待竞争时才释放锁的机制）

同步代码块

当达到重偏向阈值（默认20）后，假设该class计数器继续增长，当其达到批量撤销的阈值后（默认40），JVM就认为该class的使用场景存在多线程竞争，会标记该class为不可偏向，之后，对于该class的锁，直接走轻量级锁的逻辑。应用场景

同步方法

自旋优化

执行monitorexit的线程必须是该monitor的占用者

失败一定次数后

通过方法中的access_flags中设置ACC_SYNCHRONIZED标志来实现；

升级为轻量级锁

以class为单位，为每个class维护一个偏向锁撤销计数器，每一次该class的对象发生偏向撤销操作时，该计数器+1，当这个值达到重偏向阈值（默认20）时，JVM就认为该class的偏向锁有问题，因此会进行批量重偏向。

重量级锁10

对象的HashCode

暂停原持有偏向锁的线程

当一个对象在方法中被定义后，它可能被外部方法所引用，例如作为调用参数传递到其他地方中。

线程逃逸

调用锁对象的obj.hashCode()或System.identityHashCode(obj)方法会导致该对象的偏向锁被撤销。因为对于一个对象，其HashCode只会生成一次并保存，偏向锁是没有地方保存hashcode的。轻量级锁会在锁记录中记录 hashCode 重量级锁会在 Monitor 中记录 hashCode

锁粗化

在当前线程栈中分配锁记录

拷贝对象头的Markword到原持有偏向锁的线程的锁记录上

自旋的目的是为了减少线程挂起的次数，尽量避免直接挂起线程（挂起操作涉及系统调用，存在用户态和内核态切换，这才是重量级锁最大的开销） 

编译成字节码后翻译

MetaData元数据指针

Epoch

Hotspot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。对象头：比如 hash码，对象所属的年代，对象锁，锁状态标志，偏向锁（线程）ID，偏向时间，数组长度（数组对象才有）等。实例数据：存放类的属性数据信息，包括父类的属性信息；对齐填充：由于虚拟机要求 对象起始地址必须是8字节的整数倍。填充数据不是必须存在的，仅仅是为了字节对齐。

偏向状态0或1

这个对象甚至可能被其它线程访问到，例如赋值给类变量或可以在其它线程中访问的实例变量。

唤醒被挂起的那些线程

否

检查原持有偏向锁的线程的状态

线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权

Monitor，直译为“监视器”，而操作系统领域一般翻译为“管程”。管程是指管理共享变量以及对共享变量操作的过程，让它们支持并发。synchronized关键字和wait()、notify()、notifyAll()这三个方法是Java中实现管程技术的组成部分。Hasen模型、Hoare模型和MESA模型

获得轻量级锁，指向当前线程的锁记录的指针00

拷贝对象头的Markword到锁记录上

管程中引入了条件变量的概念，而且每个条件变量都对应有一个等待队列。条件变量和等待队列的作用是解决线程之间的同步问题。

对象头

notify()和notifyAll()分别何时使用满足以下三个条件时，可以使用notify()，其余情况尽量使用notifyAll()：1.所有等待线程拥有相同的等待条件；2.所有等待线程被唤醒后，执行相同的操作；3.只需要唤醒一个线程。

synchronized底层原理

转变为重量级锁指向重量级锁Monitor的指针10

不是

两个指令的执行是JVM通过调用操作系统的互斥原语mutex来实现，被阻塞的线程会被挂起、等待重新调度，会导致“用户态和内核态”两个态之间来回切换，对性能有较大影响。

执行线程先获取monitor

synchronized 同步块是 Java 提供的一种原子性内置锁，Java 中的每个对象都可以把它当作一个同步锁来使用，这些 Java 内置的使用者看不到的锁被称为内置锁，也叫作监视器锁。

目前锁状态？

假设一系列的连续操作都会对同一个对象反复加锁及解锁，甚至加锁操作是出现在循环体中的，即使没有出现线程竞争，频繁地进行互斥同步操作也会导致不必要的性能损耗。如果JVM检测到有一连串零碎的操作都是对同一对象的加锁，将会扩大加锁同步的范围（即锁粗化）到整个操作序列的外部。

synchronized是JVM内置锁，基于Monitor机制实现，依赖底层操作系统的互斥原语Mutex（互斥量），它是一个重量级锁，性能较低。当然，JVM内置锁在1.5之后版本做了重大的优化，如锁粗化（Lock Coarsening）、锁消除（Lock Elimination）、轻量级锁（Lightweight Locking）、偏向锁（Biased Locking）、自适应自旋（Adaptive Spinning）等技术来减少锁操作的开销，内置锁的并发性能已经基本与Lock持平。

monitorexit指令出现两次，第一次为同步正常退出释放锁；第2次发送异步退出释放锁

Mark Word32bit

实例数据

偏向锁批量重偏向

升级为重量级锁

1.同步省略或锁消除(Synchronization Elimination)。如果一个对象被发现只能从一个线程被访问到，那么对于这个对象的操作可以不考虑同步。2.将堆分配转化为栈分配(Stack Allocation)。如果一个对象在子程序中被分配，要使指向该对象的指针永远不会逃逸，对象可能是栈分配的候选，而不是堆分配。3.分离对象或标量替换(Scalar Replacement)。有的对象可能不需要作为一个连续的内存结构存在也可以被访问到，那么对象的部分（或全部）可以不存储在内存，而是存储在CPU寄存器中。

当对象处于可偏向（也就是线程ID为0）和已偏向的状态下，调用HashCode计算将会使对象再也无法偏向：当对象可偏向时，MarkWord将变成未锁定状态，并只能升级成轻量锁；当对象正处于偏向锁时，调用HashCode将使偏向锁强制升级成重量锁。

原持有偏向锁的线程获得轻量级锁，指向原持有偏向锁的线程的锁记录的指针00

对齐填充（选填)

开启轻量级锁解锁

逃逸分析

64位JVM下的对象结构描述:

未活动状态/已退同步代码块

数组长度