Synchronized&Lock&AQS详解

概念
锁分类
Synchronized详解
对象内存结构
锁的膨胀升级过程

# 概念

# 临界资源

多线程编程中，有可能会出现多个线程同时访问同一个共享、可变资源的情况，这个资源我们称之其为临界资源；这种资源可能是：对象、变量、文件等。共享：资源可以由多个线程同时访问。

可变：资源可以在其生命周期内被修改引出的问题：由于线程执行的过程是不可控的，所以需要采用同步机制来协同对对象可变状态的访问，那么我们怎么解决线程并发安全问题？实际上，所有的并发模式在解决线程安全问题时，采用的方案都是 序列化访问临界资源。

# 同步互斥访问

即在同一时刻，只能有一个线程访问临界资源，也称作同步互斥访问。Java 中，提供了两种方式来实现同步互斥访问：synchronized 和 Lock 同步器的本质就是加锁, 加锁目的：序列化访问临界资源，即同一时刻只能有一个线程访问临界资源(同步互斥访问)，将并发请求转变成了串行化执行，会降低部分性能。不过有一点需要区别的是：当多个线程执行一个方法时，该方法内部的局部变量并不是临界资源，因为这些局部变量是在每个线程的私有栈中，因此不具有共享性，不会导致线程安全问题

# 显示锁和隐式锁

所谓的显示和隐式就是在使用的时候，使用者要不要手动写代码去获取锁和释放锁的操作。Synchronized为Jvm内置锁，不需要手动加锁与解锁，Jvm会自动加锁跟解锁，即为隐式锁。ReentrantLock 读法/rɪˈentrənt/ ，实现juc里Lock，实现是基于AQS实现，需要手动加锁跟解锁ReentrantLock lock(),unlock(); 其为显式锁

参考：Java并发之显式锁和隐式锁的区别 - kaizi1992 - 博客园 (cnblogs.com) (opens new window)

# CAS

CAS全称 Compare And Swap（比较与交换），是一种无锁算法。在不使用锁（没有线程被阻塞）的情况下实现多线程之间的变量同步。java.util.concurrent包中的原子类就是通过CAS来实现了乐观锁。

CAS算法涉及到三个操作数：

需要读写的内存值 V。
进行比较的值 A。
要写入的新值 B。

当且仅当 V 的值等于 A 时，CAS通过原子方式用新值B来更新V的值（“比较+更新”整体是一个原子操作），否则不会执行任何操作。一般情况下，“更新”是一个不断重试的操作。

java.util.concurrent包中的原子类AtomicXXX，就是通过CAS来实现了乐观锁

# 锁分类

参考：java中的各种锁详细介绍 - JYRoy - 博客园 (cnblogs.com) (opens new window)

# Synchronized详解

参考文章 synchronized底层实现原理及锁优化_Medlen-CSDN博客_synchronized底层原理 (opens new window)

# 1、synchronized作用

原子性：synchronized保证语句块内操作是原子的可见性：synchronized保证可见性（通过“在执行unlock之前，必须先把此变量同步回主内存”实现）有序性：synchronized保证有序性（通过“一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作”）

# 2、加锁方式

①.同步实例方法，锁是当前实例对象（不用static 修饰方法，spring容器对象的话，需要是单例才锁得住）

②.同步类方法，锁是当前类对象（用static 修饰方法）

③.同步代码块，锁是括号里面的对象

public synchronized String syncMethod(){}  // 锁类实例对象
public static synchronized String syncMethod(){}  // 锁类对象

private static Object obj=new Object();
public String syncMethod(){
	synchronized(obj){   // obj为锁
		...
	}
}

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# 3、synchronized底层原理

synchronized是基于JVM内置锁实现，通过内部对象Monitor(监视器锁)实现，基于进入与退出Monitor对象实现方法与代码块同步，监视器锁的实现依赖底层操作系统的Mutex lock（互斥锁）实现，它是一个重量级锁性能较低。每个对象都有一个自己的Monitor(监视器锁)

当然，JVM内置锁在1.5之后版本做了重大的优化，如锁粗化（Lock Coarsening）、锁消除（Lock Elimination）、轻量级锁（Lightweight Locking）、偏向锁（Biased Locking）、适应性自旋（Adaptive Spinning）等技术来减少锁操作的开销，，内置锁的并发性能已经基本与Lock持平。

synchronized关键字被编译成字节码后会被翻译成monitorenter 和monitorexit 两条指令分别在同步块逻辑代码的起始位置与结束位置，其实质为jmm的8大内存原子操作中的lock与unlock。

每个同步对象都有一个自己的Monitor(监视器锁)，加锁过程如下图所示：

那么有个问题来了，我们知道synchronized加锁加在对象上，对象是如何记录锁状态的呢？答案是锁状态是被记录在每个对象的对象头（Mark Word）中，下面我们一起认识一下对象的内存布局

/** 
 * synchronized原理：查看字节码 MONITORENTER MONITOREXIT
 * @author zxp
 * @date 2021-08-20 10:33
 */
public class SynchronizedTest {

    private Object object = new Object();

    public synchronized void method1(){
        System.out.printf("锁对象的某个实例");
    }

    public synchronized static void method2(){
        System.out.printf("锁类Class");
    }

    public void method3(){
        synchronized (object) {
            System.out.printf("锁代码块");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(11);
    }
}