1. 面试题
- 谈谈你对Synchronized的理解
- Sychronized的锁升级你聊聊
- Synchronized实现原理，monitor对象什么时候生成的？知道monitor的monitorenter和monitorexit这两个是怎么保证同步的嘛？或者说这两个操作计算机底层是如何执行的
- 偏向锁和轻量级锁有什么区别
2. Synchronized的性能变化
- Java5以前，只有Synchronized，这个是操作系统级别的重量级操作
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- 重量级锁，假如锁的竞争比较激烈的话，性能下降
- Java 5之前 用户态和内核态之间的转换
- Java6 之后为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗，引入了轻量级锁和偏向锁
3. synchronized锁种类和升级步骤
3.1 多线程访问情况
- 只有一个线程来访问，有且唯一Only One
- 有两个线程（2个线程交替访问）
- 竞争激烈，更多线程来访问
3.2 升级流程
- Synchronized用的锁是存在Java对象头里的MarkWord中，锁升级功能主要依赖MarkWord中锁标志位和释放偏向锁标志位
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- 锁指向，请牢记
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- 偏向锁：MarkWord存储的是偏向的线程ID
- 轻量锁：MarkWord存储的是指向线程栈中Lock Record的指针
- 重量锁：MarkWord存储的是指向堆中的monitor对象（系统互斥量指针）
3.3 无锁
3.4 偏向锁
偏向锁：单线程竞争，当线程A第一次竞争到锁时，通过修改MarkWord中的偏向线程ID、偏向模式。如果不存在其他线程竞争，那么持有偏向锁的线程将永远不需要进行同步。
主要作用：
- 当一段同步代码一直被同一个线程多次访问，由于只有一个线程那么该线程在后续访问时便会自动获得锁
- 同一个老顾客来访，直接老规矩行方便
结论：
- HotSpot的作者经过研究发现，大多数情况下：在多线程情况下，锁不仅不存在多线程竞争，还存在由同一个线程多次获得的情况，偏向锁就是在这种情况下出现的，它的出现是为了解决只有一个线程执行同步时提高性能。
- 偏向锁会偏向于第一个访问锁的线程，如果在接下来的运行过程中，该锁没有被其他线程访问，则持有偏向锁的线程将永远不需要出发同步。也即偏向锁在资源在没有竞争情况下消除了同步语句，懒得连CAS操作都不做了，直接提高程序性能。
理论落地：
技术实现：
偏向锁JVM命令：
案例演示：
- 偏向锁默认情况演示---只有一个线程
public class SynchronizedUpDemo {public static void main(String[] args) {/*** 这里偏向锁在JDK6以上默认开启，开启后程序启动几秒后才会被激活，可以通过JVM参数来关闭延迟 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0*/
// try { TimeUnit.SECONDS.sleep(5); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }Object o = new Object();synchronized (o) {System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());}}
}
偏向锁的撤销：
- 当有另外一个线程逐步来竞争锁的时候，就不能再使用偏向锁了，要升级为轻量级锁，使用的是等到竞争出现才释放锁的机制
- 竞争线程尝试CAS更新对象头失败，会等到全局安全点（此时不会执行任何代码）撤销偏向锁，同时检查持有偏向锁的线程是否还在执行：
-
- 第一个线程正在执行Synchronized方法（处于同步块），它还没有执行完，其他线程来抢夺，该偏向锁会被取消掉并出现锁升级，此时轻量级锁由原来持有偏向锁的线程持有，继续执行同步代码块，而正在竞争的线程会自动进入自旋等待获得该轻量级锁
- 第一个线程执行完Synchronized（退出同步块），则将对象头设置为无所状态并撤销偏向锁，重新偏向。
-
题外话：Java15以后逐步废弃偏向锁，需要手动开启------->维护成本高
3.5 轻量锁
概念：多线程竞争，但是任意时候最多只有一个线程竞争，即不存在锁竞争太激烈的情况，也就没有线程阻塞。
主要作用：有线程来参与锁的竞争，但是获取锁的冲突时间极短---------->本质是自旋锁CAS
轻量锁的获取：
案例演示：
自旋一定程度和次数（Java8 之后是自适应自旋锁------意味着自旋的次数不是固定不变的）：
- 线程如果自旋成功了，那下次自旋的最大次数会增加，因为JVM认为既然上次成功了，那么这一次也大概率会成功
- 如果很少会自选成功，那么下次会减少自旋的次数甚至不自旋，避免CPU空转
轻量锁和偏向锁的区别：
- 争夺轻量锁失败时，自旋尝试抢占锁
- 轻量级锁每次退出同步块都需要释放锁，而偏向锁是在竞争发生时才释放锁
3.5 重量锁
有大量线程参与锁的竞争，冲突性很高
3.6 小结
- 锁升级的过程
- 锁升级后，hashcode去哪儿了?
- 各种锁优缺点、synchronized锁升级和实现原理
4. JIT编译器对锁的优化
4.1 锁消除
/*** 锁消除* 从JIT角度看想相当于无视他，synchronized(o)不存在了* 这个锁对象并没有被共用扩散到其他线程使用* 极端的说就是根本没有加锁对象的底层机器码，消除了锁的使用*/
public class LockClearUpDemo {static Object object = new Object();public void m1() {//锁消除问题，JIT会无视它，synchronized(o)每次new出来的，都不存在了，非正常的Object o = new Object();synchronized (o) {System.out.println("-----------hello LockClearUpDemo" + "\t" + o.hashCode() + "\t" + object.hashCode());}}public static void main(String[] args) {LockClearUpDemo lockClearUpDemo = new LockClearUpDemo();for (int i = 0; i < 10; i++) {new Thread(() -> {lockClearUpDemo.m1();}, String.valueOf(i)).start();}}
}
/*** -----------hello LockClearUpDemo 229465744 57319765* -----------hello LockClearUpDemo 219013680 57319765* -----------hello LockClearUpDemo 1109337020 57319765* -----------hello LockClearUpDemo 94808467 57319765* -----------hello LockClearUpDemo 973369600 57319765* -----------hello LockClearUpDemo 64667370 57319765* -----------hello LockClearUpDemo 1201983305 57319765* -----------hello LockClearUpDemo 573110659 57319765* -----------hello LockClearUpDemo 1863380256 57319765* -----------hello LockClearUpDemo 1119787251 57319765*/4.2 锁粗化
/*** 锁粗化* 假如方法中首尾相接，前后相邻的都是同一个锁对象，那JIT编译器会把这几个synchronized块合并为一个大块* 加粗加大范围，一次申请锁使用即可，避免次次的申请和释放锁，提高了性能*/
public class LockBigDemo {static Object objectLock = new Object();public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {synchronized (objectLock) {System.out.println("111111111111");}synchronized (objectLock) {System.out.println("222222222222");}synchronized (objectLock) {System.out.println("333333333333");}synchronized (objectLock) {System.out.println("444444444444");}//底层JIT的锁粗化优化synchronized (objectLock) {System.out.println("111111111111");System.out.println("222222222222");System.out.println("333333333333");System.out.println("444444444444");}}, "t1").start();}
}
