1.Java对象头

Java对象头详解

2.monitor锁原理

Monitor 被翻译为监视器或管程 每个 Java 对象都可以关联一个 Monitor 对象，如果使用 synchronized 给对象上锁（重量级）之后，该对象头的 Mark Word 中就被设置指向 Monitor 对象的指针 Monitor 结构如下! 同步监视器对象obj首先会向操作系统申请获取一个monitor，获取到之后会把obj对象头中的mark word中的lock字段由01改为10，并且把前30位改为monitor地址。

刚开始 Monitor 中 Owner 为 null 当 Thread-2 执行 synchronized(obj) 就会将 Monitor 的所有者 Owner 置为 Thread-2，Monitor中只能有一 个 Owner 在 Thread-2 上锁的过程中，如果 Thread-1，Thread-3， 也来执行 synchronized(obj)，就会进入 EntryList BLOCKED Thread-2 执行完同步代码块的内容，然后唤醒 EntryList 中等待的线程来竞争锁，竞争的时是非公平的 图中 WaitSet 中的 Thread-0，Thread-4 是之前获得过锁，但条件不满足进入 WAITING 状态的线程，后面讲 wait-notify 时会分析 注意： synchronized 必须是进入同一个对象的 monitor 才有上述的效果 不加 synchronized 的对象不会关联监视器，不遵从以上规则

3.synchronized实现原理

1. 轻量级锁

轻量级锁的使用场景：如果一个对象虽然有多线程要加锁，但加锁的时间是错开的（也就是没有竞争），那么可以 使用轻量级锁来优化。 轻量级锁对使用者是透明的，即语法仍然是 synchronized 假设有两个方法同步块，利用同一个对象加锁

static final Object obj = new Object(); public static void method1(){ synchronized(obj){ method2(); } } public static void method2(){ synchronized(obj){ //同步代码块 } }

首先会进入轻量级锁流程：

执行到method1()时，会在当前线程栈中创建一个栈帧（method1栈帧）。执行到synchronized同步代码块时，method1栈帧中的Lock Record锁记录中的地址和标志位00会和同步监视器对象obj的mark word进行CAS操作（锁记录地址和markword交换操作），当obj的markword的后两位lock位位01时，表示当前锁没有被其他线程锁占有。

如果 cas 替换成功，对象头中存储了 锁记录地址和状态 00 ，表示由该线程给对象加锁

CAS操作失败有两种情况 ① 当前线程已经拥有了当前锁。就会进入synchronized锁重入，添加一条lock reord锁记录作为重入计数。 ②其他线程已经获取了当前锁。会进入锁膨胀（下节讲述）。

当发生锁重入时（例如执行到method2的synchronized时），会把当前栈帧的lockRecord地址赋值为null，objectReference为obj对象。

当退出 synchronized 代码块（解锁时）如果有取值为 null 的锁记录，表示有重入，这时重置锁记录，表示重 入计数减一

当退出 synchronized 代码块（解锁时）锁记录的值不为 null，这时使用 cas 将 Mark Word 的值恢复给对象 头 成功，则解锁成功 失败，说明轻量级锁进行了锁膨胀或已经升级为重量级锁，进入重量级锁解锁流程

2.锁膨胀

如果在尝试加轻量级锁的过程中，CAS 操作无法成功，这时一种情况就是有其它线程为此对象加上了轻量级锁（有 竞争），这时需要进行锁膨胀，将轻量级锁变为重量级锁。

static Object obj = new Object(); public static void method1() { synchronized( obj ) { // 同步块 } } 当 Thread-1 进行轻量级加锁时，Thread-0 已经对该对象加了轻量级锁

这时 Thread-1 加轻量级锁失败，进入锁膨胀流程 即为 Object 对象申请 Monitor 锁，让 Object 指向重量级锁地址 然后自己进入 Monitor 的 EntryList BLOCKED

当 Thread-0 退出同步块解锁时，使用 cas 将 Mark Word 的值恢复给对象头，失败。这时会进入重量级解锁 流程，即按照 Monitor 地址找到 Monitor 对象，设置 Owner 为 null，唤醒 EntryList 中 BLOCKED 线程

3.自旋优化

如果线程直接进入EntryList堵塞状态，如果刚好锁owner释放锁，堵塞线程会被唤醒，成为owner，这些过程都伴随线程上下文的切换，浪费时间。 重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋来进行优化，如果当前线程自旋成功（即这时候持锁线程已经退出了同步 块，释放了锁），这时当前线程就可以避免阻塞。 自旋重试成功的情况 自旋重试失败的情况 自旋会占用 CPU 时间，单核 CPU 自旋就是浪费，多核 CPU 自旋才能发挥优势。 在 Java 6 之后自旋锁是自适应的，比如对象刚刚的一次自旋操作成功过，那么认为这次自旋成功的可能性会 高，就多自旋几次；反之，就少自旋甚至不自旋，总之，比较智能。 Java 7 之后不能控制是否开启自旋功能