Java中的synchronized

概述

Java的锁可以分为乐观锁和悲观锁两类。而synchronized是悲观锁的代表。本文想要说明一下两个问题：

synchronized锁的是哪个对象

public void method(){
	synchronized(this){
		...
	}
}

public synchronized void  method(){
	...
}

    上述两种方式，synchronized锁的其实是this对象。

public static void method(){
	synchronized(this){
		...
	}
}

public synchronized static void  method(){
	...
}

    上述两种方式锁的其实是类对象。类对象是啥呢？通过类名.class获得到的对象或者通过Class.forName()得到的对象就是类对象。

怎么判断锁对象被某个线程占用呢

    要了解锁对象被哪个线程所占用，就先要了解对象的内存结构，有三个部分，分别对象头，实例数据和对齐填充。

注：图片来源于: https://www.bilibili.com/video/BV1PJ411n7xZ?p=105&vd_source=3b276afc1d517ec28a00ae341f72050c

重量级锁

    synchronized中存在锁升级优化，存在线程竞争锁对象时，synchronized会经过偏向锁-轻量级锁-重量级锁的优化过程。本文首先重量级锁为例，说明如何判断锁对象被哪个线程实例所占有。
    正常对象的对象头中存在如下图所示，如果是普通对象，对象头中含有Mard Word和指向方法区中存储的对应的类信息。
如果是数组对象则多了一个数组长度信息。
注：图片来源于: https://www.bilibili.com/video/BV16J411h7Rd?p=75&vd_source=3b276afc1d517ec28a00ae341f72050c
    正常情况下，锁对象中包含有对象的hash码，age表示在分代年龄，超过15，就会从新生代晋升到老年代。biased_lock就是判断synchronized是否为偏向锁，01表示锁的状态，即是偏向锁，轻量级锁还是重量级锁。

    synchronized在重量级锁的情况下，会关联一个Monitor对象，这个对象中包含等待队列，阻塞队列和Owner三个信息。没有拿到锁的对象就在等待队列中。拿到锁，但是调用了wait方法后，对应线程就会进入阻塞队列，等待其他线程调用notify方法唤醒。
    如果某个线程获取到该锁对象，会将锁对象中的Mark Word的信息替换为Monitor的地址，用30个bit表示，锁中表示锁的状态从01变为了10，10即表示该锁为重量级锁。
    同样的道理，线程在获取轻量级锁和偏向锁时，都会对锁对象的对象头中的Mard Word进行修改，但是原理略有不同。

轻量级锁

    轻量级锁不在关联Monitor的对象，而是在线程内部创建了一个锁记录，如下图Lock Record所示，对象头中Mark Word中的会与锁记录的地址信息进行替换，这个过程是一个原子操作。如果线程释放锁，则会将替换的信息重新交换回来。

    轻量级锁中，锁对象中Mark Word中的信息经过交换后的结果如下图所示，其中30bit表示线程中的锁记录地址，而后两位00表示锁的状态，即轻量级锁，如果状态码为10则表示重量级锁。

偏向锁

    偏向锁的实现更加暴力，直接就将Mard Word中的信息修改为Thread的id。如下图所示，Mard Word前23bit用来记录线程的id信息，可以看到锁的状态为01和锁对象初始状态相同，但是可以看到biased_lock从0变为了1，表示为偏向锁。

三种锁的存在时机

    如果仅有一个线程，synchronized为偏向锁；如果有多个线程，但是在不同时段使用，synchronized为轻量级锁；如果在同一时刻，有多个线程都想获取锁，synchronized为重量级锁。