参考资料

https://blog.csdn.net/javazejian/article/details/72828483
死磕java
http://cmsblogs.com/?p=2071

synchronized的用法

1. 修饰普通方法，相当于锁当前对象，调用者，也指 this对象
2. 修饰静态方法，相当于锁当前类对象，也指 Test.class
3. 修饰代码块，可以缩小锁的范围，提升性能
4. 锁对象（this,类对象，普通对象）

注意事项：

1. 锁普通方法和锁this的代码块，都是对象锁，锁静态方法和Test.class是类锁。
2. 有锁方法和无锁方法互相不影响
3. 类锁和对象锁互相不影响
4. 释放锁的时候，修改的变量对所有线程可见，满足HB原则，从而实现线程安全

3种锁竞争的对比

1. 没有同时竞争一把锁的时候，利用偏向锁，减少甚至不需要CAS就能成功获取一把锁，效率高（程序运行时没有竞争，一个线程重复复用锁，或者一个时间段只会有一个线程占有锁）
2. 可以短时间内获取到锁的时候，包括占有锁的时间短，同时竞争的线程不是很多，通过自旋一定次数CAS获取轻量级锁，避免了线程阻塞的切换，提升了相应速度，又兼顾了CPU的性能
3. 竞争激烈，多个线程同时争夺一把锁，可能长时间都抢不到锁，重量级锁

实现的作用：

• 通过锁同一个对象，实现多个线程对公有变量进行操作的时候，保证线程安全。
• 当一个线程访问同步代码块时，它首先是需要得到锁才能执行同步代码，当退出或者抛出异常时必须要释放锁
  任何对象都有一个monitor与之相关联，当且一个monitor被持有之后，他将处于锁定状态。线程执行到monitorenter指令时，将会尝试获取对象所对应的monitor所有权，即尝试获取对象的锁；

偏向锁的原理

竞争的逻辑

1. 偏向锁状态的消息头结构： 消息头锁标志位01、是否是偏向锁0 1、偏向线程ID
2. 如果3个条件都满足，锁标志位– 01，是否是偏向锁 –1，偏向线程ID – 当前线程，则直接获取到锁，不需要任何CAS操作，而且执行完同步代码块后，并不会修改这3个条件
3. 如果一个新的线程尝试获取锁（但是未竞争，之前的线程已经使用完了），发现锁标志位– 01，是否是偏向锁 –1，偏向线程ID –不是自己，则会触发一个check，old线程的锁是否使用完了，如果使用完了，则不存在竞争，CAS把偏向线程ID指向自己，这个对象锁就归自己所有了
4. 如果一个新的线程尝试获取锁（竞争态），锁标志位– 01，是否是偏向锁 –1,偏向线程不是自己，且check发现还在使用，竞争成立，则挂起当前线程，并达到安全点后（old线程执行完了），该对象锁升级为轻量级锁
5. 偏向锁的释放采用了一种只有竞争才会释放锁的机制，线程是不会主动去释放偏向锁，需要等待其他线程来竞争

偏向锁的好处

1. 如果不存在多线程同时竞争一把锁的时候，减少CAS操作

• 老线程重复使用锁，无需任何CAS操作
• 新线程获取偏向锁，但是没有竞争，只需要在满足条件的时候CAS偏向线程ID即可

1. 完美支持重入功能，而且没有任何CAS操作

轻量级锁原理

1. check消息头的状态：是否处于无锁状态（偏向锁状态结束了，因为存在竞争，等安全点后释放锁了，就是无锁状态）
2. 是的话，所有争夺的线程都会拷贝一份消息头到各自的线程栈的 lock record中，叫做displace Mark Word，并且会记录自己的唯一线程标识符
3. CAS 把公有的消息头，变成指向自己线程标识符，这个时候消息头的数据结构发生改变，变成线程引用
4. CAS成功的线程会，执行同步操作
5. 最后把displace Mark Word 写回到 公有消息头里面，释放锁
6. 重入的时候，无需要任何的操作，只需要在自己的displace Mark Word中标记一下
7. CAS争夺锁失败的线程会发生自旋，自旋一定次数后还是失败的话，会修改消息头的状态为重量级锁，并且自身进入阻塞状态，等待拥有锁的线程执行结束。

   轻量级锁的优势

   在获取锁的耗时不长的时候（比如锁的执行时间短、或者争抢的线程不多可以很快获得锁），通过一定次数的自旋，避免了重量级锁的线程阻塞和切换，提升了响应速度也兼顾了CPU的性能。

Synchronized 重量级锁的实现原理

1. 每个对象都有一个对象头（Mark Word)
2. 对象头的存储结构会跟随者该对象的锁定状态而发生改变。锁的状态包括（无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁）（轻量级锁和偏向锁是Java 6 对 synchronized 锁进行优化后新增加的）
3. 重量级锁（Synchronized的对象锁)会绑定一个唯一的monitor对象
4. monitor对象里面包括：

• Owner（如果未NULL，表示该对象处于非锁定状态，或者指向拥有该锁的线程）
• Count（用来重入计数）
• WaitSet （记录处于wait状态的线程)，调用notify方法，就是从waitSet中随机选一个线程，nitifyAll就是全部进行操作，让他们进入EntryList
• EntryList（记录处于block状态的线程)

1. 每个线程会在自己的栈针中创建一份 monitor record

当多个线程同时访问一段同步代码时，首先会进入 _EntryList 集合，当线程获取到对象的monitor 后进入 _Owner 区域并把monitor中的owner变量设置为当前线程同时monitor中的计数器count加1，若线程调用 wait() 方法，将释放当前持有的monitor，owner变量恢复为null，count自减1，同时该线程进入 WaitSe t集合中等待被唤醒。若当前线程执行完毕也将释放monitor(锁)并复位变量的值，以便其他线程进入获取monitor(锁)