Synchronized原理及升级

一、synchronized可以解决可见性、原子性、有序性

1.可见性：synchronized对一个类或对象加锁时必须先获得锁，而锁的状态其他线程是可见的，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到内存中，保证变量是可见的。

2.原子性：因为在执行之前，类或对象先要获取锁，直到执行完才能释放。也就是一次只有一个线程执行，所以一个线程的执行不受干扰，保证原子性。

3.有序性：java编译器和处理器会对指令进行重排，但指令重排不会影响单线程的顺序，他影响的是多线程的顺序，而synchronized保证每个时刻只有一个线程执行，所以可以保证有序性。

二、synchronized三种使用方式：

1.修饰实例方法：给当前实例对象加锁

2.修饰静态方法：给当前类对象加锁

3.修饰代码块：给指定对象或类加锁

三、synchronized实现原理：

从底层指令角度来看，synchronized是基于monitor监视器来实现的，也叫做管程。

monitor是为了解决操作系统级别线程同步原语的复杂性。

每个对象都存在与之关联的monitor，monitor一次只有一个线程能拥有，所以是线程私有的数据结构。

通过将monitorenter指令插入在编译后的同步代码块的开始位置，将monitorexit指令插入到异常和结束位置，当一个线程常识获取锁对象时，如果monitor对象为0，意味着当前monitor还未被获取，这个线程就会立刻拥有，然后将锁计算器+1。对象的锁计数器>0,则其他线程再想获取该对象锁，就需要等待EntryLIst等待，直到锁释放。如果该线程已经拿到了monitor，又重入这把锁，计数器就会累加。当该线程调用wait方法，则进入waitset队列等待唤醒，如果唤醒执行退出后就会释放monitor。

四、锁升级

JDK1.6后对synchronized进行升级，引入偏向锁和轻量级锁来提高执行效率。锁的状态有四种：无状态锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。锁可以升级但不能降级。

1.偏向锁：

偏向锁的依据是对于绝大部分锁，在整个同步周期内不仅不存在竞争，而且总是由同一线程多次获得。

偏向锁获取过程：线程第一次获取锁对象的时候，JVM会将锁对象的对象头中的锁状态设置为偏向锁，同时记录线程的id，持有偏向锁的线程每次进入或退出时，只需要判断当前对象头中是否存在该线程id，如果是则直接访问。

当另一个线程也要获取锁对象时，就撤销该偏向锁，升级为轻量级锁。

2.轻量级锁：

通过CAS操作获取锁对象，如果CAS自旋次数过多，说明竞争激烈则会升级为重量级锁。

3.重量级锁：

monitor监视器本质是调用操作系统底层互斥信号量实现。操作系统需要从用户态切换到内核态，保存线程上下文信息，执行完成后再恢复上下文信息，转换成本很高，所以synchronized效率低。

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参考原文：https://www.nowcoder.com/discuss/353148565528715264?sourceSSR=search、