JDK对synchronized做了什么优化

作者|杨遥

了解jdk1.6对锁优化之前我们先简单了解一下重量级锁，什么是重量级锁呢，看一下以下代码

    public void autoIncrement() {
        synchronized (this) {
            total++;
        }
    }

JDK1.6之前synchronized还是重量级锁，也可以叫悲观锁或者互斥锁。为什么叫重量级锁呢，分析一下多线程竞争的资源的情况。

我们知道每次只有一个线程能进入同步代码块，在JDK1.6之前其实是对当前对象内部有一个monitor对象进行加锁。如果线程一此时获取到锁了，其他线程则放到等待队列里面。这种原始的实现方式有性能问题，如进入等待队列里面的线程则会有，线程阻塞，上线文切换，操作系统线程调度，用户态内核态切换等。所以JDK1.6之前的锁也叫重量级锁。

JDK1.6之后对synchronized做了以下锁优化。

无锁-->偏向锁-->轻量级锁-->重量级锁

• 无锁：当前方法没有线程竞争

• 偏向锁：当前方法有多处同步代码块，且没有发生线程竞争
  

• 轻量级锁：也叫自旋锁，乐观锁，CAS操作
  

• 重量级锁：线程等待，排队

  
  

了解锁升级之前我们必须先了解一个JAVA对象的组成。一个对象的组成分为三个部分。

对象头：包含markword,指向类指针(jdk8也可以叫元数据指针)，数组长度（如果当前不是数组，则没有此部分）

实例数据：JAVA对象数据

对齐填充字节:JAVA对象总体呈现大小总是8bit的倍数，方便操作系统寻址

着重关注对象头里面的markword，其实锁升级的过程，都是通过对对象头里面markword的位数进行控制的，markword组成结构如下图。

我们关注一下锁标志位和是否偏向锁。锁升级的过程如下

无锁：是否偏向锁0，锁标志位01

        锁竞争非常小，甚至可能没有锁竞争。

    public void autoIncrement() {
        synchronized (this) {
            total++;
        }

偏向锁：是否偏向锁1，锁标志位01

        此时锁竞争非常小的情况下通过记录对象里面的线程id,第一处释放锁以后，第二次加锁判断加锁的id和记录的线程id是否一样，一样的话直接执行，则是开销非常小，简单记录一下线程id即可

   public void autoIncrement() {
        synchronized (this) {
            total++;
        }
        synchronized (this) {
            total++;
        }
    }

轻量级锁：锁标志为00

    由偏向锁产生了一定量锁竞争，此时锁升级为轻量级锁。通过自旋和比较的过程来执行代码块。

重量级锁：锁标志10

        此时大量线程来加锁，通过轻量级锁已经有大量的CPU空转，此时非常耗CPU，甚至cpu打满。此时还不如把线程放入到等待队列，至少不会大量消耗CPU，所以此时才会升级到重量级锁。

总结：

    无锁：代码块没有锁竞争，此时是无锁。

    无锁升级偏向锁：代码块锁竞争小或者同一个线程多次加锁，此时还不需要升级为轻量级锁，通过记录线程id就能搞定。

    偏向锁升级轻量级锁：产生了一定锁竞争，此时竞争不是特别大。只需要通过自选和cas的比较操作就能完成。

    轻量级锁升级重量级锁：此时大量线程产线锁竞争，是的轻量级锁对cpu产生空转，所以此时将等待加锁的线程放入队列