java加鎖

A. Synchronized原理

synchronized是Java中用於加鎖的關鍵字，它允許為對象和方法，以及代碼塊加鎖。當synchronized用於鎖定一個方法或代碼塊時，同一時刻最多隻有一個線程能夠執行這段代碼。如果另一個線程試圖訪問加鎖的代碼塊，它必須等待當前線程執行完該代碼塊後才能執行。然而，當一個線程訪問加鎖的對象的代碼塊時，另一個線程仍可以訪問該對象的非加鎖代碼塊。

synchronized有三種主要的應用方式：

• 修飾實例方法：這會在當前實例上加鎖，確保在執行同步代碼前獲取實例鎖。




• 修飾靜態方法：這會在當前類的對象（即Class對象）上加鎖，進入同步代碼前要獲取Class對象的鎖。




• 修飾代碼塊：這允許指定鎖定的對象，對給定對象加鎖，確保在進入同步代碼塊前獲取對象的鎖。

Java對象頭包括兩部分：Mark Word 和 Class Metadata Address，用於存儲對象的運行時數據，如哈希碼、GC分代年齡、鎖狀態標志等。在32位虛擬機中，Mark Word的32個Bits中用於存儲對象的哈希碼、分代年齡、鎖標志等信息。

Monitor對象在Java中是一個同步工具，它負責管理對象的鎖狀態。每個Java對象都關聯著一個Monitor，它在對象創建時生成，用於控制線程對對象的訪問。Monitor由ObjectMonitor實現，包含兩個隊列：_WaitSet 和 _EntryList，分別用於保存等待鎖的線程列表和持有鎖的線程列表。當線程試圖獲取鎖時，會進入 _EntryList；獲取鎖後，線程進入 _Owner 區域並設置Monitor的owner變數。當線程調用wait()方法時，它會釋放Monitor鎖，讓出機會給其他線程。

Synchronized關鍵字在位元組碼層面通過monitorenter和monitorexit指令實現同步代碼塊和同步方法的加鎖與解鎖。在方法調用時，JVM會檢查方法是否為同步方法，如果是，則線程會先獲取Monitor鎖，然後執行方法。當方法執行完畢時，無論以何種方式結束，都會釋放Monitor鎖。Java SE1.6引入了偏向鎖、輕量級鎖和重量級鎖來減少鎖操作的開銷。偏向鎖和輕量級鎖是樂觀鎖，它們在多個線程競爭時才升級為重量級鎖，後者依賴於操作系統互斥量實現，開銷較大。

自旋鎖是一種在獲取鎖失敗時，讓線程在當前CPU上進行循環等待的優化策略，以避免線程切換的開銷。自適應自旋鎖則根據前一次在同一個鎖上的自旋情況，調整自旋次數，以提高效率。

鎖消除是JVM在逃逸分析的基礎上，識別出不存在共享數據競爭的代碼塊，從而移除不必要的同步鎖，以節省資源。

鎖的膨脹流程大致為：偏向鎖 -> 輕量級鎖 -> 重量級鎖。偏向鎖是為單線程優化的，輕量級鎖在多線程競爭不激烈時使用，當競爭加劇時升級為重量級鎖。重量級鎖使用操作系統互斥量實現，成本較高。自旋鎖和自適應自旋鎖則是在獲取鎖失敗時，通過在當前CPU上循環等待，減少線程切換的開銷。