簡介
多執行緒一直是面試中的重點和難點，無論你現在處於啥級別段位，對synchronized關鍵字的學習避免不了，這是我的心得體會。下面咱們以面試的思維來對synchronized做一個系統的描述，如果有面試官問你， 說說你對synchronized的理解？ 你可以從 synchronized使用層面 ， synchronized的JVM層面 ， synchronized的最佳化層面 3個方面做系統回答，說不定面試官會對你刮目相看哦！
synchronized使用層面大家都知道synchronized是一把鎖， 鎖究竟是什麼呢？ 舉個例子，你可以把鎖理解為廁所門上那把鎖的唯一鑰匙，每個人要進去只能拿著這把鑰匙可以去開這個廁所的門，這把鑰匙在一時刻只能有一個人擁有，有鑰匙的人可以反覆出入廁所，在程式中我們叫做這種重複出入廁所行為叫鎖的可重入。它可以修飾靜態方法，例項方法和程式碼塊 ，那下面我們一起來看看synchronized用於同步程式碼鎖表達的意思。
對於普通同步方法，鎖的是物件例項。對於靜態同步方法，鎖的是類的Class物件。對於同步程式碼塊，鎖的是括號中的物件。先說下同步和非同步的概念。
同步：交替執行。非同步：同時執行。舉個例子比如吃飯和看電視兩件事情，先吃完飯後再去看電視，在時間維度上這兩件事是有先後順序的，叫同步。可以一邊吃飯，一邊看刷劇，在時間維度上是不分先後同時進行的，飯吃完了電視也看了，就可以去學習了，這就是非同步，非同步的好處是可以提高效率，這樣你就可以節省時間去學習了。
下面我們看看程式碼，程式碼中有做了很詳細的註釋，可以複製到本地進行測試。如果有synchronized基礎的童鞋，可以跳過鎖使用層面的講解。
鎖在物件頭裡面，一個物件包括物件頭，例項資料和對齊填充。物件頭包括MarkWord和物件指標，物件指標是指向方法區的物件型別的，，例項物件就是屬性資料，一個物件可能有很多屬性，屬性是動態的。對齊填充是為了補齊位元組數的，如果物件大小不是8位元組的整數倍，需要補齊剩餘的位元組數，這是方便計算機來計算的。在64位機器裡面，一個物件的物件頭一般佔12個自己大小，在64位作業系統一般佔4個位元組，所以MarkWord就是8個位元組了。
MarkWord包括物件hashcode，偏向鎖標誌位，執行緒id和鎖的標識。為了方便測試物件頭的內容，需要引入maven openjdk的依賴包。
<dependency> <groupId>org.openjdk.jol</groupId> <artifactId>jol-core</artifactId> <version>0.10</version></dependency>/** * @author ：duyang * @date ：Created in 2020-05-14 20:21 * @description：物件佔用記憶體 * @modified By： * * Fruit物件頭是12位元組（markword+class） * int 佔4個位元組 * * 32位機器可能佔8個位元組; * * Object物件頭12 對齊填充4 一共是16 */public class ObjectMemory { public static void main(String[] args) { //System.out.print(ClassLayout.parseClass(Fruit.class).toPrintable()); System.out.print(ClassLayout.parseInstance(Fruit.class).toPrintable()); }}/** *Fruit 測試類 */public class Fruit { //佔一個位元組大小 private boolean flag;}測試結果：下面畫紅線的3行分別表示物件頭，例項資料和對齊填充。物件頭是12個位元組，例項資料Fruit物件的一個boolean欄位flag佔1個位元組大小，其餘3個位元組是對齊填充的部分，一共是16個位元組大小。
咦？你說的鎖呢，怎麼沒有看到呢？小夥，彆著急，待會我們講到synchronized升級最佳化層面的時候再來詳細分析一波。下面我們先分析下synchronized在JVM層面的意思。
最後上圖文總結：
上圖第一行有一個monitorenter和第六行一個monitorexit，中間的jvm指令（2-5行）對應的Java程式碼中的main方法的程式碼，synchronized就是依賴於這兩個指令實現。我們來看看JVM規範中 monitorenter語義 。
每個物件都有一把鎖，當一個執行緒進入同步程式碼塊，都會去獲取這個物件所持有monitor物件鎖（C++實現），如果當前執行緒獲取鎖，會把monitor物件進入數自增1次。如果該執行緒重複進入，會把monitor物件進入數再次自增1次。當有其他執行緒進入，會把其他執行緒放入等待佇列排隊，直到獲取鎖的執行緒將monitor物件的進入數設定為0釋放鎖，其他執行緒才有機會獲取鎖。synchronized的最佳化層面synchronized是一個重量級鎖，主要是因為執行緒競爭鎖會引起作業系統使用者態和核心態切換，浪費資源效率不高，在jdk1.5之前，synchronized沒有做任何最佳化，但在jdk1.6做了效能最佳化，它會經歷偏向鎖，輕量級鎖，最後才到重量級鎖這個過程，在效能方面有了很大的提升，在jdk1.7的ConcurrentHashMap是基於ReentrantLock的實現了鎖，但在jdk1.8之後又替換成了synchronized，就從這一點可以看出JVM團隊對synchronized的效能還是挺有信心的。下面我們分別來介紹下無鎖，偏向鎖，輕量級鎖，重量級鎖。下面我們我畫張圖來描述這幾個級別鎖的在物件頭儲存狀態。如圖所示。
無鎖。 如果不加synchronized關鍵字，表示無鎖，很好理解。偏向鎖。升級過程：當執行緒進入同步塊時，Markword會儲存偏向執行緒的id並且cas將Markword鎖狀態標識為01，是否偏向用1表示當前處於偏向鎖（對著上圖來看），如果是偏向執行緒下次進入同步程式碼只要比較Markword的執行緒id是否和當前執行緒id相等，如果相等不用做任何操作就可以進入同步程式碼執行，如果不比較後不相等說明有其他執行緒競爭鎖，synchronized會升級成輕量級鎖。這個過程中在作業系統層面不用做核心態和使用者態的切換，減少切換執行緒帶來的資源消耗。膨脹過程：當有另外執行緒進入，偏向鎖會升級成輕量級鎖。比如執行緒A是偏向鎖，這是B執行緒進入，就會成輕量級鎖， 只要有兩個執行緒就會升級成輕量級鎖 。下面我們程式碼來看下偏向鎖的鎖狀態。
輕量級鎖。升級過程：線上程執行獲取鎖後，會在棧幀中創造鎖記錄並將MarkWord複製到鎖記錄，然後將MarkWord指向鎖記錄，如果當前執行緒持有鎖，其他執行緒再進入，此時其他執行緒會cas自旋，直到獲取鎖，輕量級鎖適合多執行緒交替執行，效率高（cas只消耗cpu，我在cas原理一篇文章中詳細講過。）。膨脹過程：有兩種情況會膨脹成重量級鎖。1種情況是cas自旋10次還沒獲取鎖。第2種情況其他執行緒正在cas獲取鎖，第三個執行緒競爭獲取鎖，鎖也會膨脹變成重量級鎖。下面我們程式碼來測試下輕量級鎖的鎖狀態。
開啟23行-24行程式碼，執行執行緒A，B，我的目的是順序執行執行緒A B ，所以我在程式碼中先執行threadA.join()，讓A執行緒先執行完畢，再執行B執行緒，如下圖所示MarkWord鎖狀態變化，執行緒A開始是偏向鎖用101表示，執行執行緒B就變成輕量級鎖了，鎖狀態變成了00，符合輕量級鎖鎖狀態。證明完畢。
重量級鎖 。重量級鎖升級後是不可逆的，也就是說重量鎖不可以再變為輕量級鎖。開啟25行程式碼，執行執行緒A，B，C，我的目的是先執行執行緒A，在程式碼中先執行threadA.join()，讓A執行緒先執行完畢，然後再同時執行執行緒BC ，如下圖所示看看MarkWord鎖狀態變化，執行緒A開始是偏向鎖，到同時執行執行緒BC，因為有激烈競爭，屬於輕量級鎖膨脹條件第2種情況，當其他執行緒正在cas獲取鎖，第三個執行緒競爭獲取鎖，鎖也會膨脹變成重量級鎖。此時BC執行緒鎖狀態都變成了10，這種情況符合重量級鎖鎖狀態。膨脹重量級鎖證明完畢。
總結多執行緒synchronized一直是個很重要的話題，也是面試中常見的考點。