Synchronized关键字

概念

synchronized 是为了解决多线程同步访问资源的问题。 synchronized 关键字可以保证被它修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有一个线程执行。
Java多线程依赖于操作系统原生线程，所以挂起或者唤醒一个线程，需要操作系统帮忙完成。而操作系统需要从用户状态切换成内核状态，时间相对较长，时间成本高。

使用

修改实例方法：作用于当前实例加锁，进入同步代码前要获得当前实例的锁。

多个线程操作同一个实例的加锁方法时，线程安全
修饰静态方法：作用于当前类对象(Class对象，每个类都有一个Class对象)，进入同步代码前要获得当前类对象（Class对象）的锁。

多个线程操作同一个Class的多个实例时，线程安全。（如果是非静态方法加的synchronized那么则是不安全的，因为不是同一把锁）
修饰代码块：指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁。
- synchronized(this){}，当前实例对象锁
- synchronized(ObjA.class){}，class对象锁

在 java 中，每一个对象有且仅有一个同步锁。这也意味着：同步锁是依赖于对象存在的。

当我们调用某对象的 synchronized 方法时，就获取了该对象的同步锁。（例如：synchronized(ObjA) 就获取了 “ObjA这个对象” 的同步锁）

不同线程对同步锁的访问是互斥的。（也就是说：某个时间点，对象的同步锁只能被一个线程获取到，通过同步锁，能实现多线程间 “对象/方法” 的互斥访问）

synchronized底层原理

java对象头

HotSpot 虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（Header），实例数据（Instance Data）和对齐填充

普通对象的对象头包含两个部分：Mark Word 和 Class Metadata Address （类型指针）
如果是数组的对象头还额外包括 Array length 数组长度部分

Mark word：

用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等等，占用内存大小与虚拟机位长一致。

Class Metadata Address：类型指针

类型指针指向对象的类元数据，虚拟机通过这个指针确定该对象是哪一个类的实例

Array length：数组长度

如果对象是数组类型。则虚拟机用3个 Word （字宽）存储对象头，如果对象是非数组类型，则用 2 字节宽存储对象头。在 32 位虚拟机中，一字节宽等于 4 字节，及 32bit。

长度	内容	说明
32/64bit	Mark Word	存储对象hashCode或锁信息等运行时数据。
32/64bit	Class Metadata Address	存储到对象类型数据的指针
32/64bit	Array length	数组的长度（如果当前对象是数组）

Mark Word详解

对象需要存储的运行时数据很多，其实已经超出了32、64位Bitmap结构所能记录的限度，但是对象头信息是与对象自身定义的数据无关的额外存储成本，考虑到虚拟机的空间效率，Mark Word被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间内存储尽量多的信息，它会根据对象的状态复用自己的存储空间。

例如在32位的HotSpot虚拟机中对象未被锁定的状态下，MarkWord的32个Bits空间中的25Bits用于存储对象哈希码（HashCode），4Bits用于存储对象分代年龄，2Bits用于存储锁标志位，1Bit固定为0，

在其他状态（轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、可偏向）下对象的存储内容如下表所示。

Monitor对象

什么是Monitor？我们可以把它理解为一个同步工具，也可以描述为一种同步机制，它通常被描述为一个对象。与一切皆对象一样，所有的Java对象是天生的Monitor，每一个Java对象都有成为Monitor的潜质，因为在Java的设计中，每一个Java对象自打娘胎里出来就带了一把看不见的锁，它叫做内部锁或者Monitor锁。
每个对象都存在着一个 monitor 与之关联，对象与其 monitor 之间的关系又存在多种实现方式，如monitor可以与对象一起创建销毁或当线程试图获取对象锁时自动生成，但当一个 monitor 被某个线程持有后，它便处于锁定状态。在Java虚拟机(HotSpot)中，monitor是由ObjectMonitor实现的，其主要数据结构如下（位于HotSpot虚拟机源码ObjectMonitor.hpp文件，C++实现的）。

ObjectMonitor() {
   _header       = NULL;
   _count        = 0; //记录个数
   _waiters      = 0,
   _recursions   = 0;
   _object       = NULL;
   _owner        = NULL;
   _WaitSet      = NULL; //处于wait状态的线程，会被加入到_WaitSet
   _WaitSetLock  = 0 ;
   _Responsible  = NULL ;
   _succ         = NULL ;
   _cxq          = NULL ;
   FreeNext      = NULL ;
   _EntryList    = NULL ; //处于等待锁block状态的线程，会被加入到该列表
   _SpinFreq     = 0 ;
   _SpinClock    = 0 ;
   OwnerIsThread = 0 ;
 }

ObjectMonitor中有两个队列，_WaitSet和_EntryList，用来保存ObjectWaiter对象列表(每个等待锁的线程都会被封装成ObjectWaiter对象)，_owner指向持有ObjectMonitor对象的线程，当多个线程同时访问一段同步代码时，首先会进入 _EntryList 集合，当线程获取到对象的monitor 后进入 _Owner 区域并把monitor中的owner变量设置为当前线程同时monitor中的计数器count加1，若线程调用wait()方法，将释放当前持有的monitor，owner变量恢复为null，count自减1，同时该线程进入WaitSet集合中等待被唤醒。若当前线程执行完毕也将释放monitor(锁)并复位变量的值，以便其他线程进入获取monitor(锁)。如下图所示