synchronized 保证三大特性

保证原子性：保证只有一个线程可以拿到锁，进入同步代码块
保证可见性：执行时会定义lock原子操作，会刷新工作内存共享变量的值
保证有序性：加synchronized后，依然会发生重排序，只不过因为加了同步代码块，可以保证只有一个线程执行同步代码块中的代码

synchronizd 的特性

可重入特性

什么是可重入？

一个线程可以多次执行synchronized，重复获取同一把锁

可重入性原理：

synchronized的锁对象有一个计数器（recurisons变量）会记录线程获得几次锁，当计数器为0时，就释放锁

好处：

避免死锁
可以让我们更好的封装代码

不可中断特性

一个线程获得锁后，另一个线程也要获得锁，那么这个线程处于阻塞或等待状态，如果第一个线程不释放锁第二个线程将会一直阻塞或等待（不可中断）

与此对比，lock可以调用lock方法（不可中断）和trylock方法（可中断）

synchronized 原理

monitor监视器锁

monitorenter：

synchronized的锁对象会关联一个monitor，这个monitor不是我们主动创建的，是jvm线程执行到这个同步代码块，发现锁对象没有monitor就会主动创建（是c++代码创建），其内部有两个重要的成员变量owner：拥有这把锁的线程。recursion：记录线程拥有锁的次数，当减到0次会释放锁

monitorexit：

recursion -1
在方法结束处和异常处，jvm保证每个monitorenter都有一个对应的monitorexit

对于同步方法，在反汇编后，会增加ACC_SYNCHRONIZED修饰，会隐式调用monitorenter和monitorexit

monitor竞争

执行monitorenter时，最终会调用ObjectMonitor::enter(c++代码):

通过CAS尝试把monitor的owner字段设置为当前线程
如果之前设置的owner指向当前线程，说明是重入锁，执行recursion++，记录当前重入的次数
如果是第一次进入该monitor，设置recursion为1，_owner为当前线程，获得成功则返回
如果获取锁失败，则等待锁的释放（对应ObjectMonitor对象的EnterI方法）

monitor等待

进入EnterI方法：

先尝试获得两次，如果还是不能则当前线程被封装成ObjectWaiter对象node，状态设置为ObjectWaiter::TS_CXQ
在for循环中，通过CAS把node节点push到_cxq列表中，同一时刻可能有多个线程把自己的node节点push到_cxq列表中
node节点被push之后，通过尝试自旋获取到锁，如果还是没有获取到锁，通过park将当前线程挂起，等待被唤醒
当该线程被唤醒时，会从挂起的点继续执行，通过ObjectWaiter::TryLock尝试获取到锁

monitor释放

具体实现位于ObjectWaiter的exit方法，实现锁的释放：

退出同步代码块让_recurison -1，当_recurison减到0时，说明锁释放了
根据不同的策略（QMode指定），从cxq或EntryList中获取头节点，通过ObjectMonitor::ExitEpilog方法唤醒该节点包装的线程，唤醒操作最终由unpark完成

monitor是重量级锁

因为函数调用涉及到操作系统用户态和内核态的切换，比如park和unpark等内核函数（在内核态运行），这样切换就会消耗大量的系统资源

JDK6 synchronized做的优化

CAS

CAS全称：Compare And Swap（比较相同再交换），是现代cpu对内存中的共享数据进行操作的特殊指令

作用：CAS可以将比较和交换转换为原子操作，这个原子操作由cpu保证。CAS可以保证共享变量赋值的原子操作

CAS依赖3个值，内存中的值V，旧的预估值X，要修改的值B。如果旧的预估值X等于内存中的值V，就将新的值B保存到内存中

比如AtomicInteger的源码中，由Unsafe类提供原子操作。其中，Unsafe类使Java拥有了像C语言指针一样操作内存空间的能力，但是由于出错概率大，因此不能直接调用，只能通过反射获得

CAS获取变量时，为了保证变量的可见性，需要用volatile修饰。结合CAS和volatile可以实现无锁并发，适用于竞争不激烈，多核cpu的场景

因为没有使用synchronized，所以线程不会陷入阻塞，提高了效率
但如果竞争激烈，可以想到重试必然频繁发生，反而效率会受影响

为什么value要使用volatile修饰？

因为要保证每个线程读取value内存中的值都是最新值（可见性），然后每次操作的时候再通过CAS判断此时有没有“落后可见性”

java对象头

其中hashCode在使用时才生成，并且整个存储采用大端存储

锁升级

jdk6实现了锁升级

无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁

偏向锁

原理：

执行到一个线程访问同步块时，虚拟机看对象头mark word标志位是否是01，如果是将偏向锁标志位设置为1，表示偏向锁
通过CAS将mark word 前54位设置成当前线程ID，如果CAS操作成功，下次持有该偏向锁的线程再次进入这个锁相关的同步块时，虚拟机可以不用再进行任何同步操作，效率变高

撤销：

必须等到全局安全点
判断锁对象是不是偏向锁
如果是，恢复到无锁或者升级成轻量级锁

优点：
偏向锁在一个线程执行同步代码块时提高效率，适用于一个线程反复获得锁的情况，提高带有同步但无竞争的程序性能

如果是被多个线程访问比如线程池，就是多余的

在jkd5默认关闭，jdk6默认开启，但是在应用程序启动几秒后才开启。可以通过-XX:BiasedLockingStartupDelay=0关闭延迟

轻量级锁

轻量级锁是相当于monitor的传统锁而言，因此传统的锁机制称为重量级锁。但是，轻量级锁不能够代替重量级锁，因为只有在特定情况下开销小

适合多线程交替执行同步块的情况，但是不适合多线程同一时刻竞争的情况

原理：

判断当前对象是否处于无锁状态（hashcode，0，01），如果是，则jvm在当前栈帧创建一个锁记录（lock record）的空间，用于存储锁对象目前的mark word的拷贝（官方把这个拷贝加了一个前缀 displaced），将当前对象的mark word赋值到那里，并将lock record的owner指向当前对象
jvm利用cas操作尝试将当前对象的mark word中的指针更新为指向lock record的指针，如果成功表示竞争到了锁，将锁标记置为00，执行同步操作
如果失败判断当前锁对象的mark word中的指针是否指向当前栈帧，如果是表示当前线程已经持有此对象，直接执行同步代码块。否则说明该锁对象被其他前程占用了，该锁升级为重量级锁。锁标志设置成10，后面等待的线程会进入阻塞状态