目录

• 源码级别剖析Synchronized
• 对象结构
• Monitor 对象
• Synchronized特征
• 原子性
• 可见性
• 有序性
• 可重入锁
• 锁升级的过程

源码级别剖析Synchronized

对象结构

　　Synchronized是Java中的隐式锁，它的获取锁和释放锁都是隐式的，完全交由JVM帮助我们操作，在了解Synchronized关键字之前，首先要学习的知识点就是Java的对象结构，因为Synchronized锁就是存放在Java对象中的，Java对象结构如下图所示：

　　可以清晰的看到Java对象由三部分组成，分别是对象头、实例数据、填充数据，我们的锁就存放在对象头中，接下来我们将对对象结构做一个简单的解析：

• mark-down：对象标记字段占8个字节，用于存储有关锁的标记位等信息，从图中可以看出有哈希值、轻量级锁的标记位、偏向锁标记位等。
• Klass Pointer：Class对象的类型指针，它就是指向当前对象属于哪个Class类的指针，jdk1.8默认开启压缩指针后占用4个字节，关闭压缩指针后占用8个字节。
• 对象实际数据：这部分内容包括对象的所有成员变量，大小由各个成员变量决定，比如byte占用1个字节、int占用4个字节等。
• 对其填充：这部分内容仅仅只是做到空间补全，就是一个占位符的作用，因为HotSpot虚拟机的内存管理系统要求对象的起始地址必须是8字节的整数倍，因此如果出现对象实例没有对齐的话，就需要通过对其填充来补充。

　　在mark-down锁类型标记中，可以看到总共有五种类型，分别是无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁、GC标记，所以如果只是使用2比特标记是无法完全被表示出来的，所以引入了一位偏向锁标记，也就是说001为无锁、101为偏向锁。

Monitor 对象

　　上面介绍了对象结构，可以看到在Mark-down中会存储不同的锁信息，当锁的状态为重量级锁（10）时，Mark-down中会存放一个指向Monitor对象的指针，这个Monitor对象也称为监视器锁。

　　synchronized的运行机制，就是JVM检测到共享对象存在不同的竞争情况的时候，会自动切换到适合的锁实现，这种切换就是锁的升级、降级。（很多地方都说锁只能升级，不能降级，其实这种说法是错误的，在《Java并发编程的艺术》书中说到，对于偏向锁来说，它可以进行降级到无锁状态，也叫做偏向锁的撤销）。

　　那么现在就存在着三种不同的Monitor实现，分别是偏向锁、轻量级锁和重量级锁。如果一个Monitor被一个线程持有的时候，就说明这个线程拿到了锁。

　　Java中的Monitor是基于C++的ObjectMonitor实现的，它的主要成员包括：

• _owner：指向持有ObjectMonitor对象的线程
• _WaitSet：存放处于wait状态的线程队列，即调用wait()方法的线程
• _EntryList：存放处于等待锁Block状态的线程队列
• _count：约为_WaitSet+_EntryList的节点数之和
• _cxq：多个线程争抢锁，会先存入这个单向链表
• _recursions：记录重入次数
• _object：存储的Monitor对象

　　获取Monitor对象的线程进入_owner区的时候，_count+1，如果线程调用了wait()方法，那么会释放Monitor对象（释放锁），_owner恢复为空同时_count-1。此时该线程进入_WaitSet队列中，等待被唤醒。

　　从上述的描述可以看出，synchronized关键字获取锁的关键在于每个对象的对象头中，这也就能解释了为什么synchronized()括号里存放任何对象都能获得锁的特征。

Synchronized特征

原子性

　　原子性，就是说一个操作要么完成，要么不完成，不存在完成一半的情况，也就是说这个操作是不可中断的。

　　synchronized可以保证同一时间内只有一个线程拿到锁，进入到代码块去执行代码，这样说如果不能理解，那么就想象下面的一个场景，有一个厕所只有一个坑位，并且厕所还上锁了，就是为了防止多人一起上厕所的不文明现象，每个人上厕所都必须要去厕所管理员处缴费，缴费后才能拿到锁再去上厕所，上完厕所再把要是还给厕所管理员，synchronized就是厕所管理员，保证一次只能有一个人拿到锁，并且每个人用完厕所之后都必须要归还钥匙。

　　接下来看到下面一个同步加方法：