synchronized內(nèi)置鎖是一種對象鎖(鎖的是對象而非引用)，作用粒度是對象，可以用來實現(xiàn)對臨界資源的同步互斥訪問，是可重入的。
1. 加鎖的方式
- 同步實例方法，鎖是當前實例對象
- 同步類方法，鎖是當前類對象
- 同步代碼塊，鎖是括號里面的對象
2. synchronized底層原理
synchronized是基于JVM內(nèi)置鎖實現(xiàn)，通過內(nèi)部對象Monitor(監(jiān)視器鎖)實現(xiàn)，基于進入與退出Monitor對象實現(xiàn)方法與代碼塊同步，監(jiān)視器鎖的實現(xiàn)依賴底層操作系統(tǒng)的Mutex lock（互斥鎖）實現(xiàn)，它是一個重量級鎖性能較低。當然，JVM內(nèi)置鎖在1.5 之后版本做了重大的優(yōu)化，如鎖粗化（Lock Coarsening）、鎖消除（Lock Elimination）、輕量級鎖（Lightweight Locking）、
偏向鎖（Biased Locking）、適應(yīng)性自旋（Adaptive Spinning）等技術(shù)來減少鎖操作的開銷，內(nèi)置鎖的并發(fā)性能已經(jīng)基本與Lock持平。
synchronized關(guān)鍵字被編譯成字節(jié)碼后會被翻譯成monitorenter 和 monitorexit 兩條指令分別在同步塊邏輯代碼的起始位置與結(jié)束位置。
每個同步對象都有一個自己的Monitor(監(jiān)視器鎖)，加鎖過程如下圖所示：
2.1 Monitor監(jiān)視器鎖
任何一個對象都有一個Monitor與之關(guān)聯(lián)，當且一個Monitor被持有后，它將處于鎖定狀態(tài)。Synchronized在JVM里的實現(xiàn)都是基于進入和退出Monitor對象來實現(xiàn)方法同步和代碼塊同步，雖然具體實現(xiàn)細節(jié)不一樣，但是都可以通過成對的MonitorEnter和 MonitorExit指令來實現(xiàn)。
- monitorenter：每個對象都是一個監(jiān)視器鎖（monitor）。當monitor被占用時就會處于鎖定狀態(tài)，線程執(zhí)行monitorenter指令時嘗試獲取monitor的所有權(quán)，過程如下：
- 如果monitor的進入數(shù)為0，則該線程進入monitor，然后將進入數(shù)設(shè)置為1，該線程即為monitor 的所有者；
- b. 如果線程已經(jīng)占有該monitor，只是重新進入，則進入monitor的進入數(shù)加1；
- c. 如果其他線程已經(jīng)占用了monitor，則該線程進入阻塞狀態(tài)，直到monitor的進入數(shù)為0，再重新嘗 試獲取monitor的所有權(quán)；
- monitorexit：執(zhí)行monitorexit的線程必須是objectref所對應(yīng)的monitor的所有者。指令執(zhí)行時，monitor的進入數(shù)減1，如果減1后進入數(shù)為0，那線程退出monitor，不再是這個monitor的所有者。其他被這個monitor阻塞的線程可以嘗試去 獲取這個 monitor的所有權(quán)。
monitorexit，指令出現(xiàn)了兩次，第1次為同步正常退出釋放鎖；第2次為發(fā)生異步退出釋放鎖； 通過上面兩段描述，我們應(yīng)該能很清楚的看出Synchronized的實現(xiàn)原理，Synchronized的語義底層是通過一個monitor的對象來完成，其實wait/notify等方法也依賴于monitor對象，這就是為什么只有在同步的塊或者方法中才能調(diào)用wait/notify等方法，否則 會拋出java.lang.IllegalMonitorStateException的異常的原因。
看一個同步方法：
package it.yg.juc.sync;
public class SynchronizedMethod {
public synchronized void method() {
System.out.println("Hello World!");
}
}
反編譯結(jié)果:
從編譯的結(jié)果來看，方法的同步并沒有通過指令 monitorenter 和 monitorexit 來完成（理論上其實也可以通過這兩條指令來實現(xiàn)），不過相對于普通方法，其常量池中多了ACC_SYNCHRONIZED 標示符。JVM就是根據(jù)該標示符來實現(xiàn)方法的同步的：
當方法調(diào)用時，調(diào)用指令將會檢查方法的ACC_SYNCHRONIZED訪問標志是否被設(shè)置，如果設(shè)置了，執(zhí)行線程將先獲取monitor，獲取成功之后才能執(zhí)行方法體，方法執(zhí)行完后再釋放monitor。在方法執(zhí)行期間，其他任何線程都無法再獲得同一個monitor對象。
兩種同步方式本質(zhì)上沒有區(qū)別，只是方法的同步是一種隱式的方式來實現(xiàn)，無需通過字節(jié)碼來完成。兩個指令的執(zhí)行是JVM通過調(diào)用操作系統(tǒng)的互斥原語mutex來實現(xiàn)，被阻塞的線程會被掛起、等待重新調(diào)度，會導(dǎo)致“用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)”兩個態(tài)之間來回切 換，對性能有較大影響。
2.2 什么是monitor？
可以把它理解為 一個同步工具，也可以描述為 一種同步機制，它通常被 描述為一個對象。與一切皆對象一樣，所有的Java對象是天生的Monitor，每一個Java對象都有成為Monitor的潛質(zhì)，因為在Java的設(shè)計中，每一個Java對象自打娘胎里出來就帶了一把 看不見的鎖，它叫做內(nèi)部鎖或者Monitor鎖。也就是通常說Synchronized的對象鎖，MarkWord鎖標識位為10，其中指針指向的是Monitor對象的起始地址。在Java虛擬機（HotSpot）中，Monitor是由ObjectMonitor實現(xiàn)的，其主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下（位于 HotSpot虛擬機源碼ObjectMonitor.hpp文件，C++實現(xiàn)的）：
ObjectMonitor() {
_header = NULL;
_count = 0; // 記錄個數(shù)
_waiters = 0,
_recursions = 0;
_object = NULL;
_owner = NULL;
_WaitSet = NULL; // 處于wait狀態(tài)的線程，會被加入到_WaitSet
_WaitSetLock = 0 ;
_Responsible = NULL ;
_succ = NULL ;
_cxq = NULL ;
FreeNext = NULL ;
_EntryList = NULL ; // 處于等待鎖block狀態(tài)的線程，會被加入到該列表
_SpinFreq = 0 ;
_SpinClock = 0 ;
OwnerIsThread = 0 ;
}
ObjectMonitor中有兩個隊列，_WaitSet和_EntryList，用來保存ObjectWaiter對象列表(每個等待鎖的線程都會被封裝成ObjectWaiter對象)，_owner指向持有ObjectMonitor對象的線程，當多個線程同時訪問一段同步代碼時：
- 首先會進入 _EntryList集合，當線程獲取到對象的monitor后，進入_Owner區(qū)域并把monitor中的owner變量設(shè)置為當 前線程，同時monitor中的計數(shù)器count加1；
- 若線程調(diào)用 wait()方法，將釋放當前持有的monitor，owner變量恢復(fù)為null，count自減1，同時該線程進入 WaitSet 集合中等待被喚醒；
- 若當前線程執(zhí)行完畢，也將釋放monitor（鎖）并復(fù)位count的值，以便其他線程進入獲取monitor(鎖)；
同時，Monitor對象存在于每個Java對象的對象頭MarkWord中（存儲的指針的指向），Synchronized鎖便是通過這種方式獲取鎖的，也是為什么Java中任意對象可以作為鎖的原因，同時notify/notifyAll/wait等方法會使用到Monitor鎖對象，所以必須
在同步代碼塊中使用。監(jiān)視器Monitor有兩種同步方式：互斥與協(xié)作。多線程環(huán)境下線程之間如果需要共享數(shù)據(jù)，需要解決互斥訪問數(shù)據(jù)的問題，監(jiān)視器可以確保監(jiān)視器上的數(shù)據(jù)在同一時刻只會有一個線程在訪問。
3 鎖的分類與升級
鎖一共有4種狀態(tài)，級別從低到高依次是：無鎖狀態(tài)、偏向鎖狀態(tài)、輕量級鎖狀態(tài)和重量級鎖狀態(tài)，這幾個狀態(tài)會隨著競爭情況逐漸升級。鎖可以升級但不能降級，意味著偏 向鎖升級成輕量級鎖后不能降級成偏向鎖。
3.1 無鎖
無鎖是指沒有對資源進行鎖定，所有的線程都能訪問并修改同一個資源，但同時只有一個線程能修改成功。
3.2 偏向鎖
HotSpot的作者經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)情況下，鎖不僅不存在多線程競爭，而且總是由同一線程多次獲得，為了讓線程獲得鎖的代價更低而引入了偏向鎖。當一個線程訪問同步塊并獲取鎖時，會在對象頭和棧幀中的鎖記錄里存儲鎖偏向的線程ID，以后該線程在進入和退出同步塊時不需要進行CAS操作來加鎖和解鎖，只需簡單地測試一下對象頭的Mark Word里是否存儲著指向當前線程的偏向鎖。如果測試成功，表示線程已經(jīng)獲得了鎖。如果測試失敗，則需要再測試一下MarkWord中偏向鎖的標識是否設(shè)置成1（表示當前是偏向鎖）：如果沒有設(shè)置，則使用CAS競爭鎖；如果設(shè)置了，則嘗試使用CAS將對象頭的偏向鎖指向當前線程。
3.2.1 偏向鎖的撤銷
偏向鎖使用了一種等到競爭出現(xiàn)才釋放鎖的機制，所以當其他線程嘗試競爭偏向鎖時， 持有偏向鎖的線程才會釋放鎖。
3.2.2 關(guān)閉偏向鎖
偏向鎖在Java 6和Java 7里是默認啟用的，但是它在應(yīng)用程序啟動幾秒鐘之后才激活，如有必要可以使用JVM參數(shù)來關(guān)閉延遲：-XX:BiasedLockingStartupDelay=0。如果你確定應(yīng)用程 序里所有的鎖通常情況下處于競爭狀態(tài)，可以通過JVM參數(shù)關(guān)閉偏向鎖：-XX:- UseBiasedLocking=false，那么程序默認會進入輕量級鎖狀態(tài)。
3.2.3 偏向鎖初始化過程
3.3 輕量級鎖
3.3.1 輕量級鎖加鎖
線程在執(zhí)行同步塊之前，JVM會先在當前線程的棧楨中創(chuàng)建用于存儲鎖記錄的空間，并將對象頭中的MarkWord復(fù)制到鎖記錄中，官方稱為DisplacedMarkWord。然后線程嘗試使用 CAS將對象頭中的MarkWord替換為指向鎖記錄的指針。如果成功，當前線程獲得鎖，如果失敗，表示其他線程競爭鎖，當前線程便嘗試使用自旋來獲取鎖。
3.3.2 輕量級鎖解鎖
輕量級解鎖時，會使用原子的CAS操作將Displaced Mark Word替換回到對象頭，如果成功，則表示沒有競爭發(fā)生。如果失敗，表示當前鎖存在競爭，鎖就會膨脹成重量級鎖。
3.3.3 鎖膨脹
因為自旋會消耗CPU，為了避免無用的自旋（比如獲得鎖的線程被阻塞住了），一旦鎖升級成重量級鎖，就不會再恢復(fù)到輕量級鎖狀態(tài)。當鎖處于這個狀態(tài)下，其他線程試圖獲取鎖時，都會被阻塞住，當持有鎖的線程釋放鎖之后會喚醒這些線程，被喚醒的線程就會進行新一輪 的奪鎖之爭。
3.4 重量級鎖
即當有其他線程占用鎖時，當前線程會進入阻塞狀態(tài)
3.5 鎖消除
消除鎖是虛擬機另外一種鎖的優(yōu)化，這種優(yōu)化更徹底，Java虛擬機在JIT編譯時(可以簡單理解為當某段代碼即將第一次被執(zhí)行時進行編譯，又稱即時編譯)，通過對運行上下文的掃描，去除不可能存在共享資源競爭的鎖，通過這種方式消除沒有必要的鎖，可以 節(jié)省毫無意義的請求鎖時間，如下StringBuffer的append是一個同步方法，但是在add方法中的StringBuffer屬于一個局部變量，并且不會被其他線程所使用，因此StringBuffer不可能存在共享資源競爭的情景，JVM會自動將其鎖消除。鎖消除的依據(jù)是逃逸分析的數(shù)據(jù)支持。
鎖消除，前提是java必須運行在server模式（server模式會比client模式作更多的優(yōu)化），同時必須開啟逃逸分析。
-XX:+DoEscapeAnalysis // 開啟逃逸分析
-XX:+EliminateLocks // 表示開啟鎖消除
