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本篇內(nèi)容介紹了“synchronized原理是什么”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過(guò)程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來(lái)就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！
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（一）概述
在多線程的程序執(zhí)行中，有可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)線程會(huì)同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)共享并且可變資源的情況，這種時(shí)候由于線程的執(zhí)行是不可控的，所以必須采用一些方式來(lái)控制該資源的訪問(wèn)，這種方式就是“加鎖”。
我們把那些可能會(huì)被多個(gè)線程同時(shí)操作的資源稱為臨界資源，加鎖的目的就是讓這些臨界資源在同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程可以訪問(wèn)。
（二）CAS的介紹
CAS：compare and swap，比較且交換。使用CAS操作可以在沒(méi)有鎖的情況下完成多線程對(duì)一個(gè)值的更新。CAS的具體操作如下：
當(dāng)要更新一個(gè)值時(shí)，先獲取當(dāng)前值E，計(jì)算更新后的結(jié)果值V（先不更新），當(dāng)要去更新這個(gè)值時(shí)，比較此時(shí)這個(gè)值是否還是等于E，如果相等，則將E更新為V，如果不相等，則重新進(jìn)行上面的操作。
以i++操作為例，在沒(méi)有鎖的情況下，這個(gè)操作是線程不安全的，假設(shè)i的初始值為0，CAS操作先獲取原值E=0，計(jì)算更新后的值V=1，要更新之前先比較這個(gè)值是否還是等于0，如果等于0則將E更新為1，如果不等于0則說(shuō)明有線程已經(jīng)更新了，重新獲取E值=1，繼續(xù)執(zhí)行。
ABA問(wèn)題
CAS操作可能會(huì)出現(xiàn)ABA問(wèn)題，ABA問(wèn)題即我們要去比較的這個(gè)值E，經(jīng)過(guò)多個(gè)線程的操作后從0變成1又變成了0。此時(shí)雖然E值和更新前相等，但是還是已經(jīng)被更新了。
ABA問(wèn)題的解決辦法
對(duì)E值增加一個(gè)版本號(hào)，每次要獲取數(shù)據(jù)時(shí)將版本號(hào)也獲取，每次更新完數(shù)據(jù)之后將版本號(hào)遞增，這樣就算值相等通過(guò)版本號(hào)也能知道是否經(jīng)過(guò)修改。
java在很多地方都用到了CAS操作，比如Atomic的一些類：
AtomicInteger i=new AtomicInteger();
進(jìn)入AtomicInteger方法中，可以看到有個(gè)叫Unsafe的類，進(jìn)入這個(gè)類中，可以看到CAS的幾個(gè)操作方法
（三）對(duì)象在內(nèi)存中的存儲(chǔ)布局
要想學(xué)會(huì)synchronized，首先要理解Java對(duì)象的內(nèi)存布局，或者稱為內(nèi)存結(jié)構(gòu)。
一個(gè)對(duì)象分為對(duì)象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)其填充。
其中對(duì)象頭Header占12個(gè)字節(jié)：Mark Word占8個(gè)字節(jié)，類型指針class pointer占4個(gè)字節(jié)（默認(rèn)經(jīng)過(guò)了壓縮，如果不開啟壓縮占8個(gè)字節(jié)）
實(shí)例對(duì)象按實(shí)際存儲(chǔ)有不同大小，對(duì)象為空時(shí)等于0。
Padding表示對(duì)齊，當(dāng)此時(shí)內(nèi)存所占字節(jié)不能被8整除時(shí)補(bǔ)上相應(yīng)字節(jié)數(shù)。
以O(shè)bject o=new Object()為例，我們先導(dǎo)入一個(gè)jol依賴，通過(guò)jol可以看到具體的內(nèi)存布局
org.openjdk.jol jol-core 0.9
運(yùn)行以下代碼：
public static void main(String[] args) {
Object o=new Object();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
}觀察結(jié)果，OFFSET表示偏移量的起始點(diǎn)，SIZE表示所占字節(jié)，前兩行是Mark Word一共占8個(gè)字節(jié)，第三行是class pointer占4個(gè)字節(jié)，此時(shí)對(duì)象為空，實(shí)例對(duì)象等于0，最后padding補(bǔ)齊，一共16個(gè)字節(jié)。
（三）synchronized
synchronized可以保證在同一時(shí)刻，只有一個(gè)線程可以執(zhí)行某個(gè)方法或某個(gè)代碼塊,synchronized把鎖信息存放在對(duì)象頭的MarkWord中。
synchronized作用在非靜態(tài)方法上是對(duì)方法的加鎖，synchronized作用在靜態(tài)方法上是對(duì)當(dāng)前的類加鎖。
在早期的jdk版本中，synchronized是一個(gè)重量級(jí)鎖，保證線程的安全但是效率很低。后來(lái)對(duì)synchronized進(jìn)行了優(yōu)化，有了一個(gè)鎖升級(jí)的過(guò)程：
無(wú)鎖態(tài)（new）-->偏向鎖-->輕量級(jí)鎖（自旋鎖）-->重量級(jí)鎖
通過(guò)MarkWord中的8個(gè)字節(jié)也就是64位來(lái)記錄鎖信息。也有人將自旋鎖稱為無(wú)鎖，因?yàn)樽赃x操作并沒(méi)有給一個(gè)對(duì)象上鎖，這里只要理解意思即可。
3.1 鎖升級(jí)過(guò)程詳解：
當(dāng)給一個(gè)對(duì)象增加synchronized鎖之后，相當(dāng)于上了一個(gè)偏向鎖。
當(dāng)有一個(gè)線程去請(qǐng)求時(shí)，就把這個(gè)對(duì)象MarkWord的ID改為當(dāng)前線程指針I(yè)D（JavaThread），只允許這一個(gè)線程去請(qǐng)求對(duì)象。
當(dāng)有其他線程也去請(qǐng)求時(shí)，就把鎖升級(jí)為輕量級(jí)鎖。每個(gè)線程在自己的線程棧中生成LockRecord，用CAS自旋操作將請(qǐng)求對(duì)象MarkWordID改為自己的LockRecord，成功的線程請(qǐng)求到了該對(duì)象，未成功的對(duì)象繼續(xù)自旋。
如果競(jìng)爭(zhēng)加劇，當(dāng)有線程自旋超過(guò)一定次數(shù)時(shí)（在JDK1.6之后，這個(gè)自旋次數(shù)由JVM自己控制），就將輕量級(jí)鎖升級(jí)為重量級(jí)鎖，線程掛起，進(jìn)入等待隊(duì)列，等待操作系統(tǒng)的調(diào)度。
3.2 加鎖的字節(jié)碼實(shí)現(xiàn)
synchronized關(guān)鍵字被編譯成字節(jié)碼之后會(huì)被翻譯成monitorenter和monitorexit兩條指令，進(jìn)入同步代碼塊時(shí)執(zhí)行monitorenter，同步代碼塊執(zhí)行完畢后執(zhí)行monitorexit
（四）鎖消除
在某些情況下，如果JVM認(rèn)為不需要鎖，會(huì)自動(dòng)消除鎖，比如下面這段代碼：
public void add(String a,String b){
StringBuffer sb=new StringBuffer();
sb.append(a).append(b);
}StringBuffer是線程安全的，但是在這個(gè)add方法中stringbuffer是不能共享的資源，因此加鎖只會(huì)徒增性能消耗，JVM就會(huì)消除StringBuffer內(nèi)部的鎖。
（五）鎖粗化
在某些情況下，JVM檢測(cè)到一連串的操作都在對(duì)同一個(gè)對(duì)象不斷加鎖，就會(huì)將這個(gè)鎖加到這一連串操作的外部，比如：
StringBuffer sb=new StringBuffer();
while(i<100){
sb.append(str);
i++;
}上述操作StringBuffer每次添加數(shù)據(jù)都要加鎖和解鎖，連續(xù)100次，這時(shí)候JVM就會(huì)將鎖加到更外層（while）部分。
（六）逃逸分析
首先問(wèn)一個(gè)經(jīng)?；A(chǔ)的虛擬機(jī)問(wèn)題，實(shí)例對(duì)象存放在虛擬機(jī)的哪個(gè)位置？按以前的回答，示例對(duì)象放在堆上，引用放在棧上，示例的元數(shù)據(jù)等存放在方法區(qū)或者元空間。
但這是有前提的，前提是示例對(duì)象沒(méi)有線程逃逸行為。
JDK1.7開始默認(rèn)開啟了逃逸分析，所謂逃逸分析，就是指如果一個(gè)對(duì)象被編譯器發(fā)現(xiàn)只能被一個(gè)線程訪問(wèn)，那么這個(gè)對(duì)象就不需要考慮同步。JVM就對(duì)這種對(duì)象進(jìn)行優(yōu)化，將堆分配轉(zhuǎn)化為棧分配，歸根結(jié)底就是虛擬機(jī)在編譯過(guò)程中對(duì)程序的一種優(yōu)化行為。
開啟逃逸分析：- XX:+DoEscapeAnalysis 關(guān)閉逃逸分析： -XX:--DoEscapeAnalysis
“synchronized原理是什么”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí)可以關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實(shí)用文章！
本文名稱：synchronized原理是什么
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