Java锁-Synchronized深层剖析

Java锁-Synchronized深层剖析 前言

Java锁的问题，可以说是每个JavaCoder绕不开的一道坎。如果只是粗浅地了解Synchronized等锁的简单应用，那么就没什么谈的了，也不建议继续阅读下去。如果希望非常详细地了解非常底层的信息，如monitor源码剖析，SpinLock，TicketLock，CLHLock等自旋锁的实现，也不建议看下去，因为本文也没有说得那么深入。本文只是按照synchronized这条主线，探讨一下Java的锁实现，如对象头部，markdown，monitor的主要组成，以及不同锁之间的转换。至于常用的ReentrantLock，ReadWriteLock等，我将在之后专门写一篇AQS主线的Java锁分析。

不是我不想解释得更为详细，更为底层，而是因为两个方面。一方面正常开发中真的用不到那么深入的原理。另一方面，而是那些非常深入的资料，比较难以收集，整理。当然啦，等到我的Java积累更加深厚了，也许可以试试。囧

由于Java锁的内容比较杂，划分的维度也是十分多样，所以很是纠结文章的结构。经过一番考虑，还是采用类似正常学习，推演的一种逻辑来写（涉及到一些复杂的新概念时，再详细描述）。希望大家喜欢。

Java锁的相关概念

如果让我谈一下对程序中锁的最原始认识，那我就得说说PV操作（详见我在系统架构师中系统内部原理的笔记）了。通过PV操作可以实现同步效果，以及互斥锁等。

如果让我谈一下对Java程序中最常见的锁的认识，那无疑就是Synchronized了。

Java锁的定义

那么Java锁是什么？网上许多博客都谈到了偏向锁，自旋锁等定义，唯独就是没人去谈Java锁的定义。我也不能很好定义它，因为Java锁随着近些年的不断扩展，其概念早就比原来膨胀了许多。硬要我说，Java锁就是在多线程情况下，通过特定机制（如CAS），特定对象（如Monitor），配合LockRecord等，实现线程间资源独占，流程同步等效果。

当然这个定义并不完美，但也算差不多说出了我目前对锁的认识（貌似这不叫定义，不要计较）。

Java锁的分类标准

自旋锁：是指当一个线程在获取锁的时候，如果锁已经被其他线程获取，那么该线程将循环等待，然后不断的判断锁是否能够被成功获取，直到获取到锁才会退出循环（之前文章提到的CAS就是自旋锁）

乐观锁：假定没有冲突，再修改数据时如果发现数据和之前获取的不一致，则读最新数据，修改后重试修改（之前文章提到的CAS就是乐观锁）

悲观所：假定一定会发生并发冲突，同步所有对数据的相关操作，从读数据就开始上锁（Synchronized就是悲观锁）

独享锁：给资源加上独享锁，该资源同一时刻只能被一个线程持有（如JUC中的写锁）

共享锁：给资源加上共享锁，该资源可同时被多个线程持有（如JUC中的读锁）

可重入锁：线程拿到某资源的锁后，可自由进入同一把锁同步的其他代码（即获得锁的线程，可多次进入持有的锁的代码中，如Synchronized就是可重入锁）

不可重入锁：线程拿到某资源的锁后，不可进入同一把锁同步的其他代码

公平锁：争夺锁的顺序，获得锁的顺序是按照先来后到的（如ReentrantLock(true)）

非公平所：争夺锁的顺序，获得锁的顺序并非按照先来后到的（如Synchronized)

其实这里面有很多有意思的东西，如自旋锁的特性，大家都可以根据CAS的实现了解到了。Java的自选锁在JDK4的时候就引入了（但当时需要手动开启），并在JDK1.6变为默认开启，更重要的是，在JDK1.6中Java引入了自适应自旋锁（简单说就是自旋锁的自旋次数不再固定）。又比如自旋锁一般都是乐观锁，独享锁是悲观所的子集等等。

** Java锁还可以按照底层实现分为两种。一种是由JVM提供支持的Synchronized锁，另一种是JDK提供的以AQS为实现基础的JUC工具，如ReentrantLock，ReadWriteLock，以及CountDownLatch，Semaphore，CyclicBarrier等。**

Java锁-Synchronized

Synchronized应该是大家最早接触到的Java锁，也是大家一开始用得最多的锁。毕竟它功能多样，能力又强，又能满足常规开发的需求。

有了上面的概念铺垫，就很好定义Synchronized了。Synchronized是悲观锁，独享锁，可重入锁。

当然Synchronized有多种使用方式，如同步代码块（类锁），同步代码块（对象锁），同步非静态方法，同步静态方法四种。后面有机会，我会挂上我笔记的相关页面。但是总结一下，其实很简单，注意区分锁的持有者与锁的目标就可以了。static就是针对类（即所有对该类的实例对象）。

其次，Synchronized不仅实现同步，并且JMM中规定，Synchronized要保证可见性（详细参照笔记中对volatile可见性的剖析)。

然后Synchronized有锁优化：锁消除，锁粗化（JDK做了锁粗化的优化，但可以通过代码层面优化，可提高代码的可读性与优雅性）

另外，Synchronized确实很方便，很简单，但是也希望大家不要滥用，看起来很糟糕，而且也让后来者很难下叉。

Java锁的实现原理