java加锁

A. Synchronized原理

synchronized是Java中用于加锁的关键字，它允许为对象和方法，以及代码块加锁。当synchronized用于锁定一个方法或代码块时，同一时刻最多只有一个线程能够执行这段代码。如果另一个线程试图访问加锁的代码块，它必须等待当前线程执行完该代码块后才能执行。然而，当一个线程访问加锁的对象的代码块时，另一个线程仍可以访问该对象的非加锁代码块。

synchronized有三种主要的应用方式：

• 修饰实例方法：这会在当前实例上加锁，确保在执行同步代码前获取实例锁。




• 修饰静态方法：这会在当前类的对象（即Class对象）上加锁，进入同步代码前要获取Class对象的锁。




• 修饰代码块：这允许指定锁定的对象，对给定对象加锁，确保在进入同步代码块前获取对象的锁。

Java对象头包括两部分：Mark Word 和 Class Metadata Address，用于存储对象的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志等。在32位虚拟机中，Mark Word的32个Bits中用于存储对象的哈希码、分代年龄、锁标志等信息。

Monitor对象在Java中是一个同步工具，它负责管理对象的锁状态。每个Java对象都关联着一个Monitor，它在对象创建时生成，用于控制线程对对象的访问。Monitor由ObjectMonitor实现，包含两个队列：_WaitSet 和 _EntryList，分别用于保存等待锁的线程列表和持有锁的线程列表。当线程试图获取锁时，会进入 _EntryList；获取锁后，线程进入 _Owner 区域并设置Monitor的owner变量。当线程调用wait()方法时，它会释放Monitor锁，让出机会给其他线程。

Synchronized关键字在字节码层面通过monitorenter和monitorexit指令实现同步代码块和同步方法的加锁与解锁。在方法调用时，JVM会检查方法是否为同步方法，如果是，则线程会先获取Monitor锁，然后执行方法。当方法执行完毕时，无论以何种方式结束，都会释放Monitor锁。Java SE1.6引入了偏向锁、轻量级锁和重量级锁来减少锁操作的开销。偏向锁和轻量级锁是乐观锁，它们在多个线程竞争时才升级为重量级锁，后者依赖于操作系统互斥量实现，开销较大。

自旋锁是一种在获取锁失败时，让线程在当前CPU上进行循环等待的优化策略，以避免线程切换的开销。自适应自旋锁则根据前一次在同一个锁上的自旋情况，调整自旋次数，以提高效率。

锁消除是JVM在逃逸分析的基础上，识别出不存在共享数据竞争的代码块，从而移除不必要的同步锁，以节省资源。

锁的膨胀流程大致为：偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁。偏向锁是为单线程优化的，轻量级锁在多线程竞争不激烈时使用，当竞争加剧时升级为重量级锁。重量级锁使用操作系统互斥量实现，成本较高。自旋锁和自适应自旋锁则是在获取锁失败时，通过在当前CPU上循环等待，减少线程切换的开销。