synchronized使用方式
我们都知道并发编程会产生各种问题的源头就是可见性、原子性、有序性。
而synchronized能同时保证可见性、原子性、有序性。所以我们在解决并发问题时常用synchronized，当然还有其它方式，例如使用 volatile 。但 volatile 只能保证可见性、有序性，不能保证原子性。
synchronized主要用法如下：
修饰实例方法，对当前实例对象this加锁
public class SynchronizedDemo {
public synchroized void methodOne() {
}
}
修饰静态方法，对当前类Class对象加锁
public class SynchronizedDemo {
public static synchronized void methodTwo() {
}
}
修饰代码块，指定加锁对象，对给定对象加锁
public class SynchronizedDemo {
public void methodThree() {
// 对当前实例对象this加锁
synchronized(this) {
}
}
public void methodFour() {
// 对 class 对象加锁
synchronized (SynchronizedDemo.class) {
}
}
}
synchronized实现原理
Java对象的组成
我们都知道对象是放在堆内存中的，对象大致可以分为三个部分，分别是对象头、实例变量、填充字节
-
对象头：主要包括两部分
- Mark Word（标记字段），用于存储对象自身的运行时数据
- Klass Pointer（类型指针），对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例（即指向方法区类的模板信息）
- 实例变量：存放类的属性数据信息，包括父类的属性信息，这部分内存按4字节对齐。
- 填充数据：由于虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。填充数据不是必须存在的，仅仅是为了字节对齐
例如有如下类，a=100 这个信息就存储在实例变量中
public class Test {
int a = 100;
}
填充数据主要是为了方便内存管理，如你想要10字节的内存，但是会给你分配16字节的内存，多出来的字节就是填充数据
synchronized 不论修饰方法还是修饰代码块，都是通过持有修饰对象的锁来实现同步，那么synchronized锁对象是存在哪里呢？答案是存储在对象的对象头Mark Word，我们来看下Mark Word存储了哪些内容
由于对象头的信息是与对象自身定义的数据没有关系的额外存储成本，因此考虑到JVM的空间效率，Mark Word 被设计成为一个非固定的数据结构，以便存储更多有效的数据，它会根据对象本身的状态复用自己的存储空间，也就是说，Mark Word会随着程序的运行发生变化，变化状态如下 (32位虚拟机)：
其中轻量级锁和偏向锁是Java 6 对 synchronized 锁进行优化后新增的。这里我们先主要分析下重量级锁也就是通常说synchronized的对象锁，锁标识位为10，其中指针指向的是monitor对象（也称为管程或监视器锁）的起始地址。每个对象都存在着一个 monitor 与之关联。在 Java 虚拟机（HotSpot）中，monitor 是由 ObjectMonitor 实现的，其主要数据结构如下（位于 HotSpot 虚拟机源码 ObjectMonitor.hpp 文件，C++实现），省略部分属性
ObjectMonitor() {
_count = 0; //记录数
_recursions = 0; //锁的重入次数
_owner = NULL; //指向持有ObjectMonitor对象的线程
_WaitSet = NULL; //调用wait后，线程会被加入到_WaitSet
_EntryList = NULL ; //等待获取锁的线程，会被加入到该列表
}
结合线程状态解释一下执行过程。（状态转换参考自《深入理解Java虚拟机》）
1.新建（New），新建后尚未启动的线程
2.运行（Runable），Runable包括了操作系统线程状态中的 Running 和 Ready
3.无限期等待（Waiting），不会被分配CPU执行时间，要等待被其它线程显示唤醒。例如调用没有设置Timeout参数的Object.wait()方法。
4.限期等待（Timed Waiting），不会被分配CPU执行时间，不过无需等待其它线程显示的唤醒，在一定时间之后会由系统自动唤醒。例如 Thread.sleep() 方法。
5.阻塞（Blocked），线程被阻塞了，“阻塞状态” 与 “等待状态” 的区别是：“阻塞状态”在等待获取着一个排它锁，这个事件将在另外一个线程放弃这个锁的时候发生，而“等待状态”则是在等待一段时间，或者唤醒动作的发生。在程序等待进入同步区域的时候，线程将进入这种状态
6.结束（Terminated）：线程结束执行
对于一个Synchronized修饰的方法（代码块）来说：
1.当多个线程同时访问该方法，那么这些线程会先被放进_EntryList队列，此时线程处于blocked状态
2.当一个线程获取到了对象的monitor后，那么就可以进入running状态，执行方法，此时，ObjectMonitor对象的/_owner指向当前线程，_count加1表示当前对象锁被一个线程获取
3.当running状态的线程调用wait()方法，那么当前线程释放monitor对象，进入waiting状态，ObjectMonitor对象的/_owner变为null，_count减1，同时线程进入_WaitSet队列，直到有线程调用notify()方法唤醒该线程，则该线程进入_EntryList队列，竞争到锁再进入_Owner区
4.如果当前线程执行完毕，那么也释放monitor对象，ObjectMonitor对象的/_owner变为null，_count减1
由此看来，monitor对象存在于每个Java对象的对象头中(存储的是指针)，synchronized锁便是通过这种方式获取锁的，也是为什么Java中任意对象可以作为锁的原因，同时也是notify/notifyAll/wait等方法存在于顶级对象Object中的原因
Synchronized如何获取 monitor 对象？
synchronized 是通过什么方式来获取 monitor 对象的？
synchronized 修饰代码块
public class SyncCodeBlock {
public int count = 0;
public void addOne() {
synchronized (this) {
count++;
}
}
}
javac SyncCodeBlock.java
javap -v SyncCodeBlock.class
反编译后的字节码如下：
public void addOne();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=3, locals=3, args_size=1
0: aload_0
1: dup
2: astore_1
3: monitorenter // 进入同步方法
4: aload_0
5: dup
6: getfield #2 // Field count:I
9: iconst_1
10: iadd
11: putfield #2 // Field count:I
14: aload_1
15: monitorexit // 退出同步方法
16: goto 24
19: astore_2
20: aload_1
21: monitorexit // 退出同步方法
22: aload_2
23: athrow
24: return
Exception table:
可以看到进入同步代码块，执行monitorenter指令，退出同步代码块，执行monitorexit指令，可以看到有2个monitorexit指令，第一个是正常退出执行的，第二个是当异常发生时执行的
未完待续，持续更新……
