面试-细聊synchronized

1.线程安全问题的主要诱因：

存在多条共享数据(临界资源)
存在多条线程共同操作这些共享数据

解决问题的根本方法：
同一时刻有且仅有一个线程在操作共享数据，其他线程必须等到该线程处理完数据后在对共享数据进行操作。

2.synchroized锁

分析：
补充：
synchronized用于解决同步问题，当有多条线程同时访问共享数据时，如果不进行同步，就会发生错误，java提供的解决方案是：只要将操作共享数据的语句在某一时段让一个线程执行完，在执行过程中，其他线程不能进来执行可以。解决这个问题。这里在用synchronized时会有两种方式，一种是上面的同步方法，即用synchronized来修饰方法，另一种是提供的同步代码块。
同步就是：一个对象同一时间只能为一个同步代码块服务
同步代码块需要传递的对象（锁对象）：就是锁住这个对象，表示这个对象正在为我服务，其他人不能用（非synchronized代码块、方法除外）。
同步方法：就是同步代码块，同步锁对象是this
同步静态方法：就是同步代码块，同步锁对象是类的class对象（Demo类里的静态方法锁对象就是Demo.class）。
当锁的是不同的对象：相当于没有锁机制，皆为异步。

3.synchronize底层实现原理

(1)实现synchronized的基础
Java对象头
Monitor:

hotspot虚拟机对象在内存中的分布区域分为3块：
对象头：一般而言，synchronized使用的锁对象是存储在java对象头里的。
Mark World是存储运行时自身数据，实现偏向锁和轻量级锁的关键。class metadata address是类型指针指向对象的类元数据，JVM通过这个指针确定该对象是哪个类的数据。
实例数据
对齐填充

在运行期间，Mard Word里存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。Mark Word可能变化为存储以下数据结构。

Monitor:每个java对象天生自带了一把看不见的锁(内部锁）监视器锁。可以
理解为同步机制。
通过ObjectMonitor实现，C++实现。与锁池与等待池相关。

分析：
每个对象锁的线程都会被封装成ObjectWaiter来保存到里面。其中有个字段owner用来保存持有Object-monitor的线程。当多个线程同时访问同一段同步代码的时候，首先会进入到EntryList里面。当线程获取到对象的Monitor之后，就进入对象Object区域。并把owner对象设置为当前线程，count就会加一。若线程调用wait方法，释放当前持有的Monitor.owner会被回复成null,count=0。该线程即ObjectWaitor实例就会进入到waitsSet集合中等待被唤醒。若当前线程执行完毕，它也将释放Monitor锁，并复位其他变量的值，以便其他线程进入获取Monitor锁。

Monitor对象存在每个java对象的对象头中，synchronized锁便是通过这种方式去获取锁的。这也是java中任意对象可以作为锁的原因。

同步语句块的实现是同过Monitorenter与Monitorexit实现的。
Monitorexit指明同步代码块的结束位置，当执行Monitorenter指令时，当前线程将试图获取对象锁，即ObjectMonitor 所对应的monitor所对应的持有权。当count= 0时，线程就可以成功的获得Monitor，并将计数器设置为1，表示取锁成功。如果已经拥有锁的持有权，可以重入。
当其他线程持有锁，当前线程会阻塞在Monitorenter指令。
方法级的同步是隐式的。通过实现。

(2)synchronized的发展与优化
什么是重入：




通过while(true)实现而不是sleep实现，不想放弃cpu的执行时间。
早在java4就有，当时默认是关闭的，java6后，默认为开启状态。

优化：
锁消除：（优化）
JIT编译时，对运行上下文进行扫描，去除不可能存在竞争的锁，可以节省毫无意义的请求锁时间。
代码demo:代码中的sb变量是不可能被线程共享的资源，JVM会自动消除内部的锁。


锁粗化(另一种极端):(缩小同步作用范围，即只在共享数据的实际作用范围。
频繁的互斥同步锁操作，会导致不必要的性能操作。):
通过扩大加锁的范围，避免反复加锁和解锁

(3)synchronized的四种状态




(4)锁的内存语义

线程A释放锁，线程B获取锁，这个过程的实质是线程A通过主内存向线程B发送消息，而之前的MarkWorld可以理解为是位于主存。而位于栈里的DisplayMarkWorld则是位于线程中的本地内存的。既然线程A已经可以确保可以将DisplayMarkWorld同步到MarkWorld中，也就意味着完成了对共享数据的操作。也就表明已经可以解锁，并且表明已经解锁成功了。