初識

synchronized 可以加在方法和類上面，作用于類和對象。下面代碼中列出了 synchronized 的用法。

public class SynchronizedTest {

    public static final Object lock = new Object();

    // 鎖的是SynchronizedTest.class對象
    public static synchronized void sync1() {

    }

    // 鎖的是SynchronizedTest.class對象
    public static void sync2() {
        synchronized (SynchronizedTest.class) {

        }
    }

    // 鎖的是當(dāng)前實例this
    public synchronized void sync3() {

    }

    // 鎖的是當(dāng)前實例this
    public void sync4() {
        synchronized (this) {

        }
    }

    // 鎖的是指定對象lock
    public void sync5() {
        synchronized (lock) {

        }
    }
}

synchronized 大家都知道是用 monitorenter 和 monitorexit 兩個指令鎖住同步塊的。

那么 synchronized 是怎么膨脹的呢？為什么會膨脹呢？

先從 JVM 內(nèi)存開始講起，對象在被實例化后，是存放在堆內(nèi)存中的，它由 3 部分組成：

1. 對象頭：存放對象運行時的狀態(tài)的信息、指向該對象所屬 Class 的元數(shù)據(jù)的指針。
2. 實例數(shù)據(jù)：存放對象的屬性數(shù)據(jù)信息，包括父類的信息。
3. 對齊填充字節(jié)：由于虛擬機要求對象的大小必須是 8 字節(jié)的整數(shù)倍。不是必須存在，僅僅是為了字節(jié)對齊。

其中對象頭里面包含了 Mark Word（標記字段）和 Class Pointer（類型指針）

1. Mark Word 默認的存儲對象的 hashcode、分代年齡、是否偏向鎖、鎖標識位的信息，它在運行期間的存儲內(nèi)容會隨著鎖的變化而變化。

2. Class Pointer（類型指針）:對象指向類的元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機通過這個指針來確定對象是哪一個類的實例。

鎖膨脹

偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖、自旋鎖，這些都是Synchronzied的鎖的實現(xiàn)。Synchrozied會根據(jù)不同的場景選擇不同的鎖，我們只使用Synchronzied，不用關(guān)心它具體使用的哪個鎖。

偏向鎖

在java 程序中，大多數(shù)情況不存在多個線程同時競爭鎖，往往都是同一個線程多次獲得同一個鎖。

當(dāng)只有一個線程在競爭鎖的時候，在線程獲取到鎖后，將進入偏向模式，程序會將對象的頭的前 23 個字節(jié)用 CAS 的方式存儲線程 ID。下次有線程競爭鎖，只需要比較對象頭中的線程 ID 是不是和此時獲取到鎖的線程 ID 相同。如果相同線程就直接進入同步代碼塊，不需要 CAS 競爭鎖。

有另外的線程在競爭鎖的時候，持有偏向鎖的線程才會釋放鎖，持有偏向鎖的線程不會主動釋放偏向鎖。偏向鎖的撤銷，是在沒有字節(jié)碼執(zhí)行的時候進行的。首先會暫停偏向鎖的線程，判斷鎖對象是否被鎖住。撤銷偏向鎖后恢復(fù)成無鎖或者是輕量級鎖。

輕量級鎖

當(dāng)有另外的線程在競爭偏向鎖的時候并且競爭失敗了，偏向鎖就會膨脹為輕量級鎖，其他的線程會通過自旋的方式嘗試獲取鎖。

JVM 會在當(dāng)前線程的棧幀中創(chuàng)建一個叫做鎖記錄（Lock Record）的空間，將鎖對象的 Mark Word 復(fù)制進去。這個官方稱為 Displaced Mard Word。然后 JVM 將使用 CAS 操作嘗試將鎖對象的Mark Word 更新為指向 Lock Record 的指針。如果更新成功，鎖標識位就成為 00，此時為輕量級鎖。

重量級鎖

從上面的表格中就指出重量級鎖的對象頭里面存儲的是指向 monitor 的指針，那 monitor 是什么呢？

monitor 又稱為管程，Java 中由 ObjectMonitor 實現(xiàn)。當(dāng)線程要將對象加鎖的時候，對象會創(chuàng)建一個monitor。

ObjectMonitor 主要的字段有：

1. owner：就是當(dāng)前加鎖的線程
2. waitSet：就是 owner的線程調(diào)用了 wait() 方法，就進入這個里面
3. entryList：加鎖失敗的線程阻塞在這個里面
4. recursions：鎖的重入次數(shù)
5. count：用來記錄是不是有對象加鎖：0.當(dāng)前對象沒有線程加鎖，1. 當(dāng)前對象有線程加鎖

從輕量級鎖升級到重量級鎖的時候，對象頭 Mark Word 存儲已經(jīng)變成了指向 Monitor 的指針。線程可以通過這個指針找到 ObjectMonitor，放入 entryList 等待重量級鎖釋放后競爭。entryList 中的線程 CAS 嘗試更新 count = 1，當(dāng)更新成功后將 owner 設(shè)置為當(dāng)前的線程。當(dāng) owner 的線程調(diào)用了 wait() 方法，線程就會釋放鎖，進入 waitSet 中。這個時候 count = 1，owner = null，entryList 的線程可以再次競爭鎖。

總結(jié)

1. synchronized 不管是加在類上還是方法上，如果作用在類上，這個類的所有對象都是同一把鎖，
2. 鎖膨脹時不可以降級的