1 synchronized

1.1 synchronized介紹

1. synchronized機(jī)制提供了對每個(gè)對象相關(guān)的隱式監(jiān)視器鎖，并強(qiáng)制所有鎖的獲取和釋放都必須在同一個(gè)塊結(jié)構(gòu)中。當(dāng)獲取了多個(gè)鎖時(shí)，必須以相反的順序釋放。即synchronized對于鎖的釋放是隱式的。
2. synchronized同步塊對于同一條線程是可重入的，不會(huì)出現(xiàn)把自己鎖死的問題。
3. synchronized可以修飾類、方法（包括靜態(tài)方法）、代碼塊。修飾類和靜態(tài)方法時(shí)，鎖的對象是Class對象；修飾普通方法時(shí)，鎖的是調(diào)用該方法的對象；修飾代碼塊時(shí)，鎖的是方法塊括號(hào)里的對象。
4. synchronized性能中避免“讀/讀”操作，但讀操作頻繁，通過ReentrantLock提供的ReadWriteLock讀寫鎖來解決該問題；阻塞線程時(shí)，需要OS不斷的從用戶態(tài)轉(zhuǎn)到核心態(tài)，消耗處理器時(shí)間，通過自適應(yīng)自旋來解決該問題。
5. synchronized的鎖是存放在Java對象頭里的。

1.2 synchronized的三種使用場景

1.2.1 修飾實(shí)例方法

1）說明：對當(dāng)前對象實(shí)例this加鎖
2）示例：

public class Demo1 {
    public synchronized void methodA() {
        System.out.println("synchronized 修飾 普通實(shí)例方法");
    }
}

1.2.2 修飾靜態(tài)方法

1）對當(dāng)前類的Class對象加鎖
2）示例

public class Demo2 {
    public synchronized static void methodB() {
        System.out.println("synchronized 修飾 靜態(tài)方法");
    }
}

1.2.3 修飾代碼塊

1）給指定對象加鎖
2）說明

public class Demo3 {
    public void methodC() {
        synchronized(this) {
            System.out.println("synchronized代碼塊對當(dāng)前對象加鎖");
        }
    }

    public void methodC() {
        synchronized(Demo3.Class) {
            System.out.println("synchronized代碼塊對當(dāng)前類的Class對象加鎖");
        }
    }
}

1.3 synchronized實(shí)現(xiàn)同步的基礎(chǔ)

Java中每一個(gè)對象都可以作為鎖，這是synchronized實(shí)現(xiàn)同步的基礎(chǔ)：

1. 普通同步方法：鎖是當(dāng)前實(shí)例對象；
2. 靜態(tài)同步方法：鎖是當(dāng)前類的Class對象；
3. 同步方法塊：鎖是括號(hào)里面的對象；

同步代碼塊：monitorenter指令插入到同步代碼塊的開始位置，monitorexit指令插入到同步代碼塊的結(jié)束位置，JVM需要保證每一個(gè)monitorexit和monitorenter相對應(yīng)，任何對象都有一個(gè)monitor與之相對應(yīng)，任何對象都有一個(gè)monitor與之相關(guān)聯(lián)，當(dāng)且一個(gè)monitor被持有之后，他處于鎖定狀態(tài)，線程執(zhí)行到monitorenter指令時(shí)，將會(huì)嘗試獲取對象所對應(yīng)的monitor所有權(quán)，即嘗試獲取對象的鎖。

同步方法：synchronized方法則會(huì)被翻譯成普通的方法調(diào)用和返回指令如:invokevirtual、areturn指令，在VM字節(jié)碼層面并沒有任何特別的指令來實(shí)現(xiàn)被synchronized修飾的方法，而是在Class文件的方法表中將該方法的access_flags字段中的synchronized標(biāo)志位置1，表示該方法是同步方法并使用調(diào)用該方法的對象或該方法所屬的Class在JVM的內(nèi)部對象表示Klass做為鎖對象。

1.4 synchronized反編譯字節(jié)碼

synchronized字節(jié)碼層面實(shí)現(xiàn)的鎖（鎖計(jì)數(shù)器）。

1. synchronized關(guān)鍵字經(jīng)編譯后，在同步塊前后分別形成monitorenter和monitorexit兩個(gè)字節(jié)碼指令；
2. 在執(zhí)行monitorenter指令時(shí)，首先要嘗試獲取對象的鎖，若這個(gè)對象沒被鎖定，或當(dāng)前線程已經(jīng)擁有了那個(gè)對象的鎖，就把鎖的計(jì)數(shù)器加1；
3. 在執(zhí)行monitorexit指令時(shí)會(huì)將鎖計(jì)數(shù)器減1，當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)，鎖就會(huì)被釋放；
4. 若獲取對象鎖失敗，當(dāng)前線程進(jìn)入阻塞等待，直到對象鎖被另外一個(gè)線程釋放為止。

在這里插入圖片描述

1.4.1 monitorenter

（重入鎖的體現(xiàn)）每個(gè)對象都有一個(gè)監(jiān)視器鎖（monitor），當(dāng)monitor被占用時(shí)就會(huì)處于鎖定狀態(tài)，線程執(zhí)行monitorenter指令時(shí)嘗試獲取monitor的所有權(quán)。

1. 如果monitor的進(jìn)入數(shù)為0，則該線程進(jìn)入monitor，然后將進(jìn)入數(shù)設(shè)置為1，該線程即為monitor的所有者。
2. 如果線程已經(jīng)占有該monitor，只是重新進(jìn)入，則進(jìn)入monitor的進(jìn)入數(shù)加1。
3. 如果其他線程已經(jīng)占用了monitor，則該線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直至monitor的進(jìn)入數(shù)為0，再重新嘗試獲取monitor的所有權(quán)。

1.4.2 monitorexit

1. 執(zhí)行monitorexit的線程必須是object所對應(yīng)的monitor的所有者。
2. 指令執(zhí)行時(shí)，monitor的進(jìn)入數(shù)減1，如果減1后進(jìn)入數(shù)為0，那么線程就會(huì)退出monitor，不再是這個(gè)monitor的所有者。其他被這個(gè)monitor阻塞的線程可以嘗試去獲取這個(gè)monitor的所有權(quán)。

1.5 Java對象

1.5.1 Java對象組成

??Java對象存儲(chǔ)在堆內(nèi)存中，對象由對象頭、實(shí)例變量和填充字節(jié)組成。

1.5.2 對象頭

1. synchronized用的鎖是存放在Java對象頭里。Hotspot虛擬機(jī)的對象頭主要包括兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：Mark Word（標(biāo)記字段）、Klass Pointer（類型指針）。
2. Klass Point是對象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過這個(gè)指針來確定這個(gè)對象是哪個(gè)類的實(shí)例。
3. Mark Word用于存儲(chǔ)對象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，它是實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)鎖和偏向鎖的關(guān)鍵。如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向線程 ID、偏向時(shí)間戳等等。Java對象頭一般占有兩個(gè)機(jī)器碼（在32位虛擬機(jī)中，1個(gè)機(jī)器碼等于4字節(jié)，也就是32bit），但是如果對象是數(shù)組類型，則需要三個(gè)機(jī)器碼，因?yàn)镴VM虛擬機(jī)可以通過Java對象的元數(shù)據(jù)信息確定Java對象的大小，但是無法從數(shù)組的元數(shù)據(jù)來確認(rèn)數(shù)組的大小，所以用一塊來記錄數(shù)組長度。

下圖是Java對象頭的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（32位虛擬機(jī)）：

對象頭信息是與對象自身定義的數(shù)據(jù)無關(guān)的額外存儲(chǔ)成本，單考慮VM的空間小了，Mark Word設(shè)計(jì)成一個(gè)非固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以便在極小的空間內(nèi)存存儲(chǔ)盡量多的數(shù)據(jù)，會(huì)根據(jù)對象的狀態(tài)復(fù)用自己的存儲(chǔ)空間，即Mark Word是隨著程序的運(yùn)行發(fā)生變化。

在這里插入圖片描述

1.5.3 實(shí)例數(shù)據(jù)

是對象存儲(chǔ)的真正有效信息，存儲(chǔ)著自身定義的和從父類繼承下來的實(shí)例字段，字段的存儲(chǔ)順序會(huì)受到虛擬機(jī)的分配策略和字段在Java源碼中定義順序的影響，這部分內(nèi)存按4字節(jié)對齊。

1.5.4 對齊填充字段

由于虛擬機(jī)要求對象起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍。填充數(shù)據(jù)不是必須存在的，僅僅是為了字節(jié)對齊。

2 ReentrantLock

2.1 ReentrantLock介紹

1. Lock提供一種無條件的、可輪詢的、定時(shí)的以及可中斷的鎖獲取操作，所有加鎖和解鎖都是顯式的。
2. ReentrantLock實(shí)現(xiàn)Lock接口，并提供與synchronized相同的互斥性和內(nèi)存可見性。
3. ReentrantLock提供和synchronized一樣的可重入的加鎖語義。
4. ReentrantLock是顯式鎖，需要顯式進(jìn)行lock以及unlock操作。形式比內(nèi)置鎖復(fù)雜，必須在finally塊中釋放鎖，否則如果在被保護(hù)的代碼中拋出異常，這個(gè)鎖就永遠(yuǎn)都無法釋放。加鎖時(shí)，需要考慮在try塊中拋出異常的情況，如果可能使對象處于某種不一致的狀態(tài)，則需要更多的try-catch或try-finally代碼塊。

2.2 ReentrantLock示例

Lock lock = new ReentrantLock();
...
lock.lock();
try{
    //更新對象狀態(tài)
    //捕獲異常，并在必要時(shí)恢復(fù)不變性條件
}finally{
    lock.unlock();
}

2.3 使用ReentrantLock的靈活性

（也是與synchronized的區(qū)別）

2.3.1 等待可中斷

??使用lock.lockInterruptibly()可以使得線程在等待鎖支持響應(yīng)中斷；
??使用lock.tryLock()可以使線程在等待一段時(shí)間過后如果還未獲得鎖就停止等待而非一直等待，更好的避免饑餓和死鎖問題；

2.3.2 公平鎖

??默認(rèn)情況下是非公平鎖，但是也可以是公平鎖，公平鎖就是鎖的等待隊(duì)列的FIFO，不建議使用，會(huì)浪費(fèi)許多時(shí)鐘周期，達(dá)不到最大利用率。

2.3.3 鎖可綁定多個(gè)條件

??與ReentrantLock搭配的通信方式是Condition,且可以為多個(gè)線程建立不同的Codition。

private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition = lock.newCondition();
condition.await();  //等價(jià)于synchronized中的wait()方法
condition.signal(); //等價(jià)于notify()
condition.signalAll(); //等價(jià)于notifyAll()

2.4 讀-寫鎖

2.4.1 讀寫鎖的出現(xiàn)原因

??ReentrantLock實(shí)現(xiàn)一種標(biāo)準(zhǔn)的互斥鎖，每次最多只有一個(gè)線程能持有ReentrantLock，限制了并發(fā)性，互斥是一種保守的加鎖策略，雖然避免了“寫/寫”沖突和“寫/讀”沖突，但也避免了“讀/讀”沖突，而大部分情況下讀操作比較多，如果此時(shí)能夠放寬加鎖需求，允許多個(gè)讀操作的線程同時(shí)訪問數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以提升程序的性能（只要每個(gè)線程保證讀取到最新的數(shù)據(jù)，并且在讀取數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)有其他線程修改數(shù)據(jù)就行）

2.4.2 ReentrantLock提供的非互斥的讀寫鎖的定義

??一個(gè)資源可以被多個(gè)讀操作訪問，或者被一個(gè)寫操作訪問，但兩者不能讀寫操作同時(shí)進(jìn)行。（多讀、一寫、不可同讀寫）
??讀-寫鎖是一種性能優(yōu)化措施，可以實(shí)現(xiàn)更高的并發(fā)性，提高程序的性能。
??當(dāng)鎖的持有時(shí)間較長并且大部分操作都不會(huì)修改被守護(hù)的資源時(shí)，讀-寫鎖可以提高并發(fā)性。

3 Lock接口

3.1 Lock接口介紹

??Lock接口提供一種無條件的、可輪詢的、定時(shí)的以及可中斷的鎖獲取操作，所有加鎖和解鎖都是顯示的。

3.2 Lock方法

1. void lock();：獲取鎖。
2. void lockInterruptibly() throws InterruptedException;：若當(dāng)前線程未被中斷，獲取鎖。
3. boolean tryLock();：僅當(dāng)調(diào)用時(shí)鎖為空閑狀態(tài)才獲取鎖。
4. boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;：如果鎖在給定的等待時(shí)間內(nèi)空閑，并且當(dāng)前線程未被中斷，則獲取鎖。
5. void unlock();：釋放鎖。
6. Condition newCondition();：返回綁定在此Lock實(shí)例的新Condition實(shí)例。

4 鎖優(yōu)化

4.1 jdk1.6對鎖進(jìn)行優(yōu)化：

??自旋鎖、適應(yīng)性自旋鎖、鎖消除、鎖粗化、偏向鎖、輕量級(jí)鎖。

4.2 鎖的四個(gè)狀態(tài)：

??無鎖狀態(tài)、偏向鎖狀態(tài)、輕量級(jí)鎖狀態(tài)、重量級(jí)鎖狀態(tài)。
??鎖可以升級(jí)（隨著鎖的競爭激烈程度而升級(jí)），但是不可降級(jí)。

4.3 自旋鎖

1. 引入原因：線程的阻塞和喚醒需要CPU從用戶態(tài)轉(zhuǎn)為核心態(tài)以及核心態(tài)轉(zhuǎn)為用戶態(tài)，頻繁的阻塞和喚醒對CPU來說是一件負(fù)擔(dān)很重的工作，勢必會(huì)給系統(tǒng)的并發(fā)性能帶來很大的壓力。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)在許多應(yīng)用上面，對象鎖的鎖狀態(tài)只會(huì)持續(xù)很短一段時(shí)間，為了這一段很短的時(shí)間頻繁地阻塞和喚醒線程是非常不值得的。
2. 原理：就是讓該線程等待一段時(shí)間（執(zhí)行一段無意義的循環(huán)即可（自旋）），不會(huì)被立即掛起，看持有鎖的線程是否會(huì)很快釋放鎖。（線程自循環(huán)等待，不立即掛起）
3. 缺點(diǎn)：自旋不能代替阻塞，可以避免線程切換帶來的開銷，但是會(huì)占用處理器的時(shí)間，若持有鎖的線程很快釋放鎖，則自旋效率好；反之，自旋的線程會(huì)白白消耗掉處理器的資源，帶來性能上的浪費(fèi)。
4. 針對缺點(diǎn)的解決方案：自旋等待時(shí)間有限度——超過定義的時(shí)間沒有獲得鎖就應(yīng)該被掛起。自旋鎖是JDK1.4.2引入，默認(rèn)關(guān)閉，使用-XX:UseSpining開啟，在JDK1.6默認(rèn)開啟，默認(rèn)自旋次數(shù)為10次，可以通過-XX:PreBlockSpin調(diào)整。最終是通過自適應(yīng)自旋鎖來解決這一問題。

4.4 自適應(yīng)自旋鎖

1. 引入原因：自旋鎖的自旋次數(shù)是固定的，當(dāng)持有鎖不能很快釋放鎖時(shí)，效率低下，浪費(fèi)處理器資源，自旋次數(shù)需要通過-XX:PreBlockSpin調(diào)整。所以引入自適應(yīng)自旋鎖不再固定自旋次數(shù)。
2. 原理：由前一次在同一個(gè)鎖上的自旋時(shí)間及鎖的擁有者狀態(tài)決定。線程如果自旋成功了，那么下次自旋的次數(shù)會(huì)更加多，因?yàn)樘摂M機(jī)認(rèn)為既然上次成功了，那么此次自旋也很有可能會(huì)再次成功，那么它就會(huì)允許自旋等待持續(xù)的次數(shù)更多。反之，如果對于某個(gè)鎖，很少有自旋能夠成功的，那么在以后要或者這個(gè)鎖的時(shí)候自旋的次數(shù)會(huì)減少甚至省略掉自旋過程，以免浪費(fèi)處理器資源。（主要就是看前一次自旋成功與否，成功多就增加自旋次數(shù)；成功少，就減少自旋次數(shù)）

4.5 鎖消除

1. 引入原因：在某些情況下，JVM檢測到不可能存在共享數(shù)據(jù)競爭，如果繼續(xù)加鎖，降低性能，無意義。
2. 原理：鎖消除依據(jù)是逃逸分析的數(shù)據(jù)支持，檢測到不存在共享數(shù)據(jù)競爭，就消除鎖，從而節(jié)省請求鎖的時(shí)間。（逃逸分析檢測是否有共享數(shù)據(jù)競爭，若有，消除鎖）

4.6 鎖粗化

1. 引入原因：一系列的連續(xù)加鎖解鎖操作，導(dǎo)致不必要的性能損耗。
2. 原理：將多個(gè)連續(xù)的加鎖、解鎖操作連接在一起，擴(kuò)展成一個(gè)范圍更大的鎖。如Vector的add操作操作，JVM檢測到對同一個(gè)對象（vector）連續(xù)加鎖、解鎖操作，則合并成一個(gè)更大范圍的加鎖、解鎖操作，進(jìn)行鎖粗化。（多個(gè)連續(xù)加鎖、解鎖合并成一個(gè)更大范圍的鎖）

4.7 輕量級(jí)鎖（00）

1. 引入原因：在沒有多線程競爭的前提下，減少傳統(tǒng)的重量級(jí)鎖使用操作系統(tǒng)互斥量產(chǎn)生的性能損耗。
2. 原理：當(dāng)關(guān)閉偏向鎖功能或者多個(gè)線程競爭偏向鎖導(dǎo)致偏向鎖升級(jí)為輕量級(jí)鎖，則會(huì)嘗試獲取輕量級(jí)鎖，其步驟如下：

獲取鎖

• 1）判斷當(dāng)前對象是否處于無鎖狀態(tài)（hashcode、0、01），若是，則JVM首先將在當(dāng)前線程的棧幀中建立一個(gè)名為鎖記錄（Lock Record）的空間，用于存儲(chǔ)鎖對象目前的Mark Word的拷貝（官方把這份拷貝加了一個(gè)Displaced前綴，即Displaced Mark Word）；否則執(zhí)行步驟 3）；
• 2）JVM利用CAS操作嘗試將對象的Mark Word更新為指向Lock Record的指針，如果成功表示競爭到鎖，則將鎖標(biāo)志位變成00（表示此對象處于輕量級(jí)鎖狀態(tài)），執(zhí)行同步操作；如果失敗則執(zhí)行步驟 3）；
• 3）判斷當(dāng)前對象的Mark Word是否指向當(dāng)前線程的棧幀，如果是則表示當(dāng)前線程已經(jīng)持有當(dāng)前對象的鎖，則直接執(zhí)行同步代碼塊；否則只能說明該鎖對象已經(jīng)被其他線程搶占了，這時(shí)輕量級(jí)鎖需要膨脹為重量級(jí)鎖，鎖標(biāo)志位變成10，后面等待的線程將會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)；

釋放鎖：輕量級(jí)鎖的釋放也是通過CAS操作來進(jìn)行的，主要步驟如下：

• 1）取出在獲取輕量級(jí)鎖保存在Displaced Mark Word中的數(shù)據(jù)；
• 2）用CAS操作將取出的數(shù)據(jù)替換當(dāng)前對象的Mark Word中，如果成功，則說明釋放鎖成功，否則執(zhí)行 3）；
• 3）如果CAS操作替換失敗，說明有其他線程嘗試獲取該鎖，則需要在釋放鎖的同時(shí)需要喚醒被掛起的線程。

3. 性能分析：對于輕量級(jí)鎖，其性能提升的依據(jù)是“對于絕大部分的鎖，在整個(gè)生命周期內(nèi)都是不會(huì)存在競爭的”，如果打破這個(gè)依據(jù)則除了互斥的開銷外，還有額外的CAS操作，因此在有多線程競爭的情況下，輕量級(jí)鎖比重量級(jí)鎖更慢；

4.8 偏向鎖（01）

1. 引入原因：為了在無多線程競爭的情況下盡量減少不必要的輕量級(jí)鎖執(zhí)行路徑。輕量級(jí)鎖的加鎖解鎖操作是需要依賴多次CAS原子指令的。
2. 原理

獲取鎖：

• 1）檢測Mark Word是否為可偏向狀態(tài)，即是否為偏向鎖1，鎖標(biāo)識(shí)位為01；
• 2）若為可偏向狀態(tài)，則測試線程ID是否為當(dāng)前線程ID，如果是，則執(zhí)行步驟 5），否則執(zhí)行步驟 3）；
• 3）如果線程ID不為當(dāng)前線程ID，則通過CAS操作競爭鎖，競爭成功，則將Mark Word的線程ID替換為當(dāng)前線程ID，否則執(zhí)行步驟 4）；
• 4）通過CAS競爭鎖失敗，證明當(dāng)前存在多線程競爭情況，當(dāng)?shù)竭_(dá)全局安全點(diǎn)，獲得偏向鎖的線程被掛起，偏向鎖升級(jí)為輕量級(jí)鎖，然后被阻塞在安全點(diǎn)的線程繼續(xù)往下執(zhí)行同步代碼塊；
• 5）執(zhí)行同步代碼塊。

釋放鎖：偏向鎖的釋放采用了一種只有競爭才會(huì)釋放鎖的機(jī)制，線程是不會(huì)主動(dòng)去釋放偏向鎖，需要等待其他線程來競爭。偏向鎖的撤銷需要等待全局安全點(diǎn)（這個(gè)時(shí)間點(diǎn)是上沒有正在執(zhí)行的代碼）。其步驟如下：

• 1）暫停擁有偏向鎖的線程，判斷鎖對象是否還處于被鎖定狀態(tài)；
• 2）撤銷偏向鎖，恢復(fù)到無鎖狀態(tài)（01）或者輕量級(jí)鎖的狀態(tài)；

4.9 重量級(jí)鎖（10）

??重量級(jí)鎖通過對象內(nèi)部的監(jiān)視器（monitor）實(shí)現(xiàn)，其中monitor的本質(zhì)是依賴于底層操作系統(tǒng)的Mutex Lock實(shí)現(xiàn)，操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線程之間的切換需要從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換，切換成本非常高。

4.10 鎖的優(yōu)缺點(diǎn)的對比

Q&A

synchronized方法和synchronized塊的區(qū)別

1. synchronized塊：是一種細(xì)粒度的并發(fā)控制，只會(huì)將塊中的代碼同步，位于方法內(nèi)、synchronized塊之外的代碼是可以被多個(gè)線程同時(shí)訪問到的，鎖的是方法塊后面括號(hào)里的對象；synchronized方法是一種粗粒度的并發(fā)控制，某一時(shí)刻，只能有一個(gè)線程執(zhí)行該synchronized方法，鎖的是調(diào)用該方法的對象。
2. 同步代碼塊：monitorenter指令插入到同步代碼塊的開始位置，monitorexit指令插入到同步代碼塊的結(jié)束位置，JVM需要保證每一個(gè)monitorexit和monitorenter相對應(yīng)，任何對象都有一個(gè)monitor與之相對應(yīng)，任何對象都有一個(gè)monitor與之相關(guān)聯(lián)，當(dāng)且一個(gè)monitor被持有之后，他處于鎖定狀態(tài)，線程執(zhí)行到monitorenter指令時(shí)，將會(huì)嘗試獲取對象所對應(yīng)的monitor所有權(quán)，即嘗試獲取對象的鎖；同步方法：synchronized方法則會(huì)被翻譯成普通的方法調(diào)用和返回指令如:invokevirtual、areturn指令，在VM字節(jié)碼層面并沒有任何特別的指令來實(shí)現(xiàn)被synchronized修飾的方法，而是在Class文件的方法表中將該方法的access_flags字段中的synchronized標(biāo)志位置1，表示該方法是同步方法并使用調(diào)用該方法的對象或該方法所屬的Class在JVM的內(nèi)部對象表示Klass做為鎖對象。在常量池中添加了ACC_ SYNCHRONIZED標(biāo)識(shí)符，JVM就是根據(jù)該標(biāo)識(shí)符來實(shí)現(xiàn)方法的同步。

synchronized和ReentrantLock的異同

同：

1. 都是可重入的；
2. 都屬于同步互斥的手段；

異：
1 底層：synchronized是原生語法層面的互斥鎖；ReentrantLock是API層面的互斥鎖；

2. 加鎖釋放鎖范式：synchronized是內(nèi)置鎖，獲取多個(gè)鎖后，以相反的順序隱式釋放鎖；ReentrantLock必須顯式加鎖釋放鎖，且可以自由的順序釋放鎖。
3. 功能：ReentrantLock增加高級(jí)功能：等待可中斷、可實(shí)現(xiàn)公平鎖、鎖可以綁定多個(gè)條件。

什么是可重入鎖？

??重入鎖實(shí)現(xiàn)重入性：每個(gè)鎖關(guān)聯(lián)一個(gè)線程持有者和計(jì)數(shù)器：

1. 當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)表示該鎖沒有被任何線程持有，那么任何線程都可能獲得該鎖而調(diào)用相應(yīng)的方法；
2. 當(dāng)某一線程請求成功后，JVM會(huì)記下鎖的持有線程，并且將計(jì)數(shù)器置為1；
3. 此時(shí)其它線程請求該鎖，則必須等待；而該持有鎖的線程如果再次請求這個(gè)鎖，就可以再次拿到這個(gè)鎖，同時(shí)計(jì)數(shù)器會(huì)遞增+1；
4. 當(dāng)線程退出同步代碼塊時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)遞減-1，如果計(jì)數(shù)器為0，則釋放該鎖。

synchronized鎖的存儲(chǔ)位置？

1. synchronized鎖存放的位置是Java對象頭里，如果對象是數(shù)組類型，則JVM用3個(gè)字節(jié)寬存儲(chǔ)對象頭，如果對象是非數(shù)組類型，則用2字節(jié)寬度存儲(chǔ)對象頭。
2. 對象頭由mark word+類型指針組成。mark word默認(rèn)存儲(chǔ)對象的hashcode、分代年齡和鎖標(biāo)志位。

synchronized鎖存儲(chǔ)在對象頭，何為對象頭？

對象頭中包括兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：標(biāo)記字段和類型指針；

1. 類型指針Klass Point是對象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過這個(gè)指針來確定這個(gè)對象是哪個(gè)類的實(shí)例；
2. 標(biāo)記字段Mark Word是一個(gè)非固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)對象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向線程 ID、偏向時(shí)間戳等等。

Lock與synchronized的主要區(qū)別：

1. 類型：Lock是一個(gè)接口；synchronized是Java中的關(guān)鍵字，synchronized是內(nèi)置的語言實(shí)現(xiàn)；
2. 異常：Lock在發(fā)生異常時(shí)，如果沒有主動(dòng)通過unLock釋放鎖，可能造成死鎖現(xiàn)象，使用Lock時(shí)需要在finally塊中釋放鎖；synchronized在發(fā)生異常時(shí)，會(huì)自動(dòng)釋放線程中的占有的鎖，不會(huì)導(dǎo)致死鎖現(xiàn)象發(fā)生。
3. 加鎖釋放鎖：synchronized機(jī)制提供了對與每個(gè)對象相關(guān)的隱式的監(jiān)視器鎖，并強(qiáng)制所有鎖的獲取和釋放都必須在同一個(gè)塊結(jié)構(gòu)中。當(dāng)獲取了多個(gè)鎖時(shí)，他們必須以相反的順序釋放。即synchronized對于鎖的釋放是隱式的。而Lock機(jī)制必須顯式的調(diào)用Lock對象的unlock()方法，這樣，獲取鎖和釋放鎖可以不在同一個(gè)塊中，這樣可以以更自由的順序釋放鎖。
4. 響應(yīng)中斷：Lock可以讓等待鎖的線程響應(yīng)中斷；synchronized不可以讓等待鎖的線程響應(yīng)中斷，等待的線程會(huì)一直等待下去，不能夠響應(yīng)中斷；
5. 獲取鎖成功與否：通過Lock可以知道有沒有成功獲取鎖；synchronized不能；
6. 讀操作：Lock可以提高多個(gè)線程進(jìn)行讀操作的效率（通過ReadWriteLock）；而synchronized避免讀/讀操作

當(dāng)一個(gè)線程進(jìn)入一個(gè)對象的一個(gè)synchronized()方法后，其他線程能進(jìn)入此對象的什么樣的方法？

1. 當(dāng)一個(gè)線程在調(diào)用synchronized()方法的過程中，另一個(gè)線程可以訪問同一個(gè)對象的非synchronized()方法；
2. 當(dāng)一個(gè)線程在調(diào)用synchronized()方法的過程中，另一個(gè)線程可以訪問靜態(tài)synchronized()方法，因?yàn)殪o態(tài)方法的同步鎖是當(dāng)前類的字節(jié)碼，與非靜態(tài)方法不能同步；
3. 當(dāng)一個(gè)線程在調(diào)用synchronized()方法的過程中，在這個(gè)方法內(nèi)部調(diào)用了wait()方法，則另一個(gè)線程就可以訪問同一個(gè)對象的其他synchronized()方法。

什么是同步代碼塊和內(nèi)置鎖？

同步代碼塊

1. 同步代碼塊包括兩部分：一個(gè)作為鎖定的對象引用，一個(gè)作為由這個(gè)鎖保護(hù)的代碼塊。
2. 靜態(tài)的synchronized方法以Class對象作為鎖；

內(nèi)置鎖

1. 每個(gè)Java對象都可以用于做一個(gè)實(shí)現(xiàn)同步的鎖，則這些鎖稱為內(nèi)置鎖或監(jiān)視器鎖。
2. 獲得內(nèi)置鎖的唯一途徑是進(jìn)入由這個(gè)鎖保護(hù)的同步代碼塊或方法。
3. 內(nèi)置鎖：互斥且可重入。

為什么要?jiǎng)?chuàng)建一種與內(nèi)置鎖相似的新加鎖機(jī)制？

??內(nèi)置鎖能很好的工作，但是在功能上存在一些局限性，如synchronized無法中斷一個(gè)正在等待獲取鎖的線程，或者無法在請求獲取一個(gè)鎖的時(shí)候無限地等待下去，內(nèi)置鎖必須在獲取該鎖的代碼塊中釋放，簡化了編碼工作，且與異常處理操作實(shí)現(xiàn)很好的交互，但無法實(shí)現(xiàn)非阻塞結(jié)構(gòu)的加鎖機(jī)制。所以需要提供一種更靈活的加鎖機(jī)制來提供更好的活躍性或性能。

synchronized和ReentrantLock的抉擇

1. 高級(jí)功能：當(dāng)需要可定時(shí)的、可輪詢的、可中斷鎖、公平鎖以及非塊結(jié)構(gòu)的鎖（鎖分段技術(shù)）時(shí)，才使用ReentrantLock，否則優(yōu)先使用synchronized，畢竟現(xiàn)在JVM內(nèi)置的是synchronized。
2. ReentrantLock的危險(xiǎn)性：如果在try-finally中，finally未進(jìn)行unlock，就會(huì)導(dǎo)致鎖沒有釋放，無法追蹤最初發(fā)生錯(cuò)誤的位置。

ReentrantLock中斷和非中斷加鎖區(qū)別？

ReentrantLock的中斷和非中斷加鎖模式的區(qū)別在于：線程嘗試獲取鎖操作失敗后，在等待過程中，如果該線程被其他線程中斷了，它是如何響應(yīng)中斷請求的。lock()方法會(huì)忽略中斷請求，繼續(xù)獲取鎖直到成功；而lockInterruptibly()則直接拋出中斷異常來立即響應(yīng)中斷，由上層調(diào)用者處理中斷。

參考書籍
《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》
《Java并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》
《深入理解Java虛擬機(jī)》