Java中的关键字synchronized 详解

在并发编程中，synchronized关键字是常出现的角色。之前我们都称呼synchronized关键字为重量锁，但是在JDK1.6中对synchronized进行了优化，引入了偏向锁、轻量锁。本篇介绍synchronized关键字的使用方式，区别和偏向锁、轻量锁和重量锁实现原理。

先看看synchronized关键字的4种用法。

1、修饰普通方法

 private synchronized void synMethod(){
  
 }

 

这种用法中，synchronized锁的对象实例。

2、修饰静态方法

private static synchronized void synMethod(){
  
 }

synchronized在这种情况下，锁的是当前Class类对象。

3、同步方法块

private void synMethod1(){
  synchronized(this){
   
  }
 }
 private void synMethod2(){
  synchronized(ThreadTest.class){
   
  }
 }

synMethod1中锁对象实例；synMethod2的是当前Class类对象。

再介绍锁原理

在介绍锁原理之前，先认识一下Java对象头Mark Word，以32位为例。

上面的表格中，描述的是对象在每个锁状态时，对象头中所存储的信息。

1、偏向锁

实际环境中，线程在访问同步块时，如果没有其他线程对锁进行竞争，并且由同一个线程多次获得锁，也就是单线程运行同步代码，在这种情况下，若是每次还阻塞线程，就代表白白浪费CPU性能。这种情况下，引入了偏向锁概念。

1. 访问同步代码块
2. 判断对象头Mark Word中存储的线程ID是否指向当前线程，如果是，则表明当前是锁的重入，不需要再获得锁，直接执行同步代码
3. 如果不是，则尝试使用CAS算法将线程ID更新至对象头中。
4. 成功，获得锁，执行同步代码。更新失败表明存在锁竞争，等待全局安全点，暂停拥有偏向锁的线程，根据对象头的锁标志位，选择将偏向锁升级为轻量锁或者置为无锁。

可以使用-XX:-userBiasedLocking=false来关闭JVM偏向锁优化，默认直接进入轻量锁。

2、轻量锁

访问同步代码块时，先在当前线程的线程栈中创建一个锁记录（Lock Record）区域。

把对象头Mark Word拷贝到Lock Record中。

利用CAS尝试将对象头Mark Word中的线程指针更新为指向当前线程的指针

更新成功，则获得轻量锁。

更新失败，检查Mark Word中的指针是否指向当前线程。

如果是，则说明是锁的重入现象。执行同步代码块

如果不是，则说明此时存在竞争。需要把轻量锁膨胀为重量锁。

3、重量锁

重量锁是基于对象监视器（Monitor）来实现的。

 线程在执行同步代码时，需要调用一个Monitor.enter指令。执行退出后，调用Monitor.exit指令。这里看得出，监视器具有排它性，一个时间点只能有一个线程enter成功，其他线程只能阻塞在队列中。所以这种重量锁的操作成本很高。