synchronized 实现原理

1 业务背景

雪花算法的自增序列，使用了 synchronized、AtomicLong、LongAdder 实现同步自增。
测试3个场景：

• 单线程场景 synchronized >> LongAdder > AtomicLong
• 低并发场景 AtomicLong > LongAdder > synchronized
• 高并发场景 LongAdder > synchronized > AtomicLong

可以发现 synchronized 在单线程场景表现优秀，JDK6 对 synchronized 做了一系列优化。
锁消除 JVM检测到一些同步的代码块，完全不存在数据竞争的场景，也就是不需要加锁，就会进行锁消除
锁粗化 有很多操作都是对同一个对象进行加锁，就会把锁的同步范围扩展到整个操作序列之外
锁升级 根据并发度，提升锁的强度：偏向锁、轻量锁、重量锁

2 偏向锁

只有一个线程执行同步代码，线程不会主动释放偏向锁。

1. 线程A 访问 Mark Word，确认锁标志位 01，偏向锁标识位 1，线程ID是自己，执行同步代码
2. 线程B 访问 Mark Word，线程ID不是自己，CAS修改线程ID失败，挂起线程A
3. 到达 safepoint，如果：
   3.1 线程A 已退出同步代码，修改线程ID 为 null
   3.2 线程A 未退出同步代码，修改锁标志位 00，升级为轻量锁

3 轻量锁

多个线程交替执行同步代码，线程尝试自旋获取锁，失败一定次数后（JVM控制，自适应）把锁升级为重量锁。

1. 线程A 将 Mark Word 复制到本栈帧的锁记录，CAS 修改 Mark Word 指向自己的锁记录成功
2. 线程B 将 Mark Word 复制到本栈帧的锁记录，CAS 修改 Mark Word 指向自己的锁记录失败，自旋重试
3. 线程B 自旋一定次数后，修改锁标志位 10，升级为重量锁

4 重量锁

多个线程同时执行同步代码，阻塞取锁失败的线程。ObjectMonitor 有3个重要属性：EntryList、WaitSet、Owner。

1. 线程A、线程B 进入同步代码块，进入 EntryList
2. EntryList 中的线程通过 CAS 修改 Owner，成功者获取到锁，失败者 BLOCKED
3. 线程A 调用 wait()，修改 Owner 为 null，同时进入 WaitSet 等待别的线程 notify 后重入 EntryList
4. 线程A 释放锁，修改 Owner 为 null

5 总结

偏向锁在单线程场景下，连 CAS 都用不上，效率当然快。
轻量锁通过自旋的方式提升效率，因为 LWP 阻塞、唤醒需要上下文切换，代价很大。
网络关于 synchronized 实现原理大多只是重量锁的实现，其中所谓监控对象就是 ObjectMonitor，源码位于 src\share\vm\runtime\objectMonitor.hpp。
面试中 synchronized 还可以展开问 对象头、栈帧、ReentrantLock，所以高频是有道理的。

参考文献

• java 中的锁 -- 偏向锁、轻量级锁、自旋锁、重量级锁

synchronized 实现原理

原文：https://www.cnblogs.com/mougg/p/13983181.html