JAVA基础： synchronized 和 lock的区别、synchronized锁机制与升级

1 synchronized 和 lock的区别

1. synchronized是一个关键字， lock是一个接口，实际使用的是实现类

2. synchronized通过触发的是系统级别的锁机制， lock是API级别的锁机制

   synchronized自动获得锁，自动释放锁。 lock需要通过方法获得锁并释放锁

3. synchronized可以修饰代码段和方法，lock只能修饰代码中

4. synchronized无法判断是否获得锁，lock可以通过tryLock判断

5. synchronized一旦阻塞无法中断，lock可以被中断 lock.lockInterruptibly();等待并可以被中断

6. synchronized一旦出现死锁无法自动解决，lock出现死锁后自动解除

7. synchronized锁的形式单一， lock锁的形式多样化（可重入锁，排他锁，共享锁，读写锁，公平锁，非公平锁）

8. synchronized早先属于重量级锁，性能较低。 lock相比之下性能略高

main(){A a = new A();//问题是：在线程1调用t1方法，睡眠的10秒中，线程2和线程3和线程4能否执行？new Thread(()->{a.t1()});new Thread(()->{a.t2()});new Thread(()->{a.t3()});new Thread(()->{a.t4()});new Thread(()->{a.t5()});
}class A{public synchronized void t1(){ //睡眠了10s中 }public synchronized void t2(){}public void t3(){}public synchronized static void t4(){} //静态方法，属于类（模板对象 Class）public void t5(){synchronized(this.getClass()){}}    
}

2 synchronized详解

2.1 用户态与内核态

• 可以理解成是两种对系统元件不同的访问权限

• 程序运行时，会用到很多系统的元件。

• 不是所有的元件，所有的程序都具有使用权限

• 有些元件普通程序（Java程序）就可以直接访问，此时我们就说程序处于用户态

• 有些元件普通不能直接访问，需要通过系统帮助访问（CPU, IO等），此时我们就说程序处于内核态

• 我们的在运行的过程中，随着需要使用的系统元件不同，有可能会从用户态切换到内核态

• 用户态与内核态的切换需要耗时，耗资源。

2.2 用户线程 与 内核线程

• 系统有自己的线程，称为内核线程

• 我们使用Java语言创建的线程（Thread），称为用户线程

• 内核线程的数量与系统的cpu数量（逻辑处理器数量）是相同

• 用户线程在执行过程中，不是直接抢占CPU，而是要争抢与内核线程的关联（映射）

• 如果创建的用户线程过多， 多个用户线程会映射到一个内核线程上

• 但一个内核线程每次（一个时间片）只能为一个用户线程执行任务

• 所以当内核线程在多个用户线程之间切换时，需要保留上一个线程执行的相关信息

• 我们称这个过程为上下文切换

• 上下文切换耗时，耗资源

2.3 synchronized重量级锁

• synchronized在上锁时，最终使用的是系统级别的mutex互斥锁（排他锁）

• 使用synchronized上锁时，会存在用户态与内核态的切换，性能较低。

• 我们称这种会涉及到系统资源使用的锁，为重量级锁。

• jdk1.5 推出JUC之后， lock锁在一定程度上，减缓了重量级的性能消耗

• lock锁在整个锁应用过程中，有一部分是在用户态完成的，少量在内核态完成。

• 所以lock在整体性能上要优于synchronized锁。

2.4 synchronized锁升级

• 早先版本（1.6-） ， synchronized属于重量级锁，因为他直接使用系统级别的互斥锁

• 所以1.5版本的juc中，lock对于synchronized有所优化

• 1.6 直接对synchronized做了优化 ， 提供了锁升级的机制

• 升级过程

• 注意：无论锁怎么样升级降级，对我们的编码没有影响。

• 可以利用JOL工具 和 对对象头结构的理解来测试锁升级的过程

• 创建对象时，在jvm堆内存中会开辟存储空间。这个对象空间也有一定的结构

  • 部分一： 对象头

    1. mark word 标记内容 ，其中包括锁标记，随着锁升级，锁标记也会变化

    2. Klass 指向类模板

  • 部分二： 属性数据空间

  • 部分三： 数据对齐

  • 扩展：如果是数组对象，还有部分四，length属性