并发第三弹 synchronized锁优化详解

大家都知道，Java中提供了一个synchronized关键字来修饰同步块，在JDK6之前synchronized的性能是十分低的，而JDK6针对synchronized做了很多优化。

synchronized底层原理

synchronized关键字编译后会在同步块前后分别形成monitorenter和monitorexit两个字节码指令。

编译前

public class ThreadCommon{
    public void run(){
        synchronized (this){
            System.out.println("hello");
        }
    }
}

编译后

每个Java对象都有一个对象头，而对象头里面有一个指针，指向一个monitor对象，monitor可以理解为对象监视器，monitor对象由C++实现，底层依赖的是操作系统的互斥量（mutex）。

执行monitorenter指令时，首先尝试获取锁，如果这个对象没有被锁定，则当前线程将持有锁，monitor计数器会加1，否则当前线程阻塞。

执行monitorexit指令时，monitor计数器会减1，如果减为0则代表锁被释放。

锁是一个重量级的操作，因为线程的阻塞或唤醒都是由操作系统来控制的，无法人为干预，而由操作系统来控制就不可避免陷入到用户态和内核态的转换当中，甚至转换时间大于用户代码的执行时间(比如a++这种简单的代码)，下面就来介绍synchronized的锁优化机制。

锁优化

先来看看有哪些锁优化的技术：

自适应自旋锁
锁消除
锁粗化
轻量级锁
偏向锁

下面一一讲解。

自旋

普通自旋：

循环获取锁，虽然不会导致当前线程阻塞，但是会一直消耗处理器资源。

固定次数的自旋锁：

比如固定10次，10次自旋后仍没有获取到锁就会放弃；

自适应自旋锁：

自旋次数不固定，而由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定的；

锁消除

锁消除是指虚拟机即时编译器在运行时，对一些代码要求同步，但是对被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除。锁消除的主要判定依据来源于逃逸分析的数据支持，如果判断到一段代码中，在堆上的所有数据都不会逃逸出去被其他线程访问到，那就可以把它们当作栈上数据对待，认为它们是线程私有的，同步加锁自然就无须再进行。

锁粗化

如果有一连串的操作（比如循环），每个子操作用synchronized同步块包围，那么这一连串操作实际上一直在加锁->释放锁->…->加锁->释放锁，频繁的加锁释放锁会影响性能，此时虚拟机就会做出锁粗化的优化，直接对这一连串的操作整体加锁，而子操作则不加锁。

轻量级锁

在讲轻量级锁之前，有必要回顾一下对象的内存布局之对象头之Mark Word部分的存储内容，HotSpot虚拟机对象三部曲

不同锁状态下的Mark Word如下图所示。