Synchronized同步锁实现机制
Synchronized同步锁实现机制
synchronized关键字可以解决线程的安全问题，也就是在同一时间只有一个线程可以执行代码块，从而实现了同步互斥的目的
其实现依赖于JVM虚拟机，虚拟机也对其进行了优化，JVM将synchronized锁分为无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁状态，JVM根据情况，进行锁升级。
首先先来了解一下对象头，毕竟就是通过对象头进行加锁操作
对象头：java对象在内存中存储的时候为了实现对象的一些额外功能，需要在对象中添加一些标记字段用来增强对象功能，而这些标记就组成了对象头。对象头中主要包括两部分数据：标记字段（Mark Word）和类型指针（class pointer），通过类型指针jvm可以知道这个对象是哪个类的实例；标记字段用来存储对象自身运行的数据，其中就包括锁对象的指针。
其底层是基于每个对象的（监视器）monitor来实现的，其中moniter的作用就是限制在同一时刻，只有一个线程可以进入monitor框定的一个临界区，从而达到线程的互斥操作。其中对象头中锁对象指针就是指向了一个monitor锁对象，线程在执行代码的时候需要获取monitor对象，执行完成之后释放该对象。 monitor锁本质又是依赖于操作系统的mutex lock进行实现，而操作系统进行线程间的切换就需要在用户态和内核之间进行切换，开销比较大，这就造成了重量级锁的的效率比较低
在大多数情况下，虽然我们加了Synchronized同步锁，但是或许在一个时间段，只有一个线程去执行这段代码，之后进行了一些优化，引入了偏向锁，轻量级，重量级锁
- 无锁：没有对资源进行锁定，所有的线程都可以访问这一资源，但是在同一时刻只有一个线程可以能够修改成功，其他修改失败的线程会一直进行尝试修改
- 偏向锁：在一段时间内，只有一个线程在执行这段代码，并没有其他的线程和它来竞争，那这一个线程每次获取锁和释放锁的这个开销是完全没有必要的，jvm虚拟机就将其优化为偏向锁。偏向锁在一个线程第一次访问的时候就将其id进行记录，如果下次判断还是这个线程就不会在加锁了，但是此时存在第二个线程，这个锁就会升级为轻量级锁
- 轻量级锁：当锁是偏向锁的时候，存在第二个线程对这段资源进行访问的时候，这个时候就睡升级为轻量级锁，第二个线程会自旋尝试获取锁，线程自旋就是在等待但是不会阻塞，不断的进行尝试，这个操作会消耗cpu，吞吐率较低，由于线程不需要挂起和唤醒这两种状态，执行速度就比较快。 但是当自选达到超过一定的次数，就会升级为重量级锁； 当一个线程已持有锁，另一个线程在自旋，而此时又有第三个线程来访时，轻量级锁也会升级为重量级锁。
- 重量级锁：重量级锁通过对象内部的监视器（monitor）实现，而其中 monitor 的本质是依赖于底层操作系统的 Mutex Lock实现，操作系统实现线程之间的切换需要从用户态切换到内核态，切换成本非常高
注意：锁只能升级不能降级
