一、锁的分类_synchronized
分类：N07_Java
一、锁的分类
1.1 可重入锁、不可重入锁
Java中提供的synchronized，ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock都是可重入锁。
重入：当前线程获取到A锁，在获取之后尝试再次获取A锁是可以直接拿到的。
不可重入：当前线程获取到A锁，在获取之后尝试再次获取A锁，无法获取到的，因为A锁被当前线程占用着，需要等待自己释放锁再获取锁。
1.2 乐观锁、悲观锁
Java中提供的synchronized，ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock都是悲观锁。
Java中提供的CAS操作，就是乐观锁的一种实现。
悲观锁：获取不到锁资源时，会将当前线程挂起（进入BLOCKED、WAITING），线程挂起会涉及到用户态和内核的太的切换，而这种切换是比较消耗资源的。
用户态：JVM可以自行执行的指令，不需要借助操作系统执行。
内核态：JVM不可以自行执行，需要操作系统才可以执行。
乐观锁：获取不到锁资源，可以再次让CPU调度，重新尝试获取锁资源。
Atomic原子性类中，就是基于CAS乐观锁实现的。
1.3 公平锁、非公平锁
Java中提供的synchronized只能是非公平锁。
Java中提供的ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock可以实现公平锁和非公平锁
公平锁：线程A获取到了锁资源，线程B没有拿到，线程B去排队，线程C来了，锁被A持有，同时线程B在排队。直接排到B的后面，等待B拿到锁资源或者是B取消后，才可以尝试去竞争锁资源。
非公平锁：线程A获取到了锁资源，线程B没有拿到，线程B去排队，线程C来了，先尝试竞争一波
拿到锁资源：开心，插队成功。
没有拿到锁资源：依然要排到B的后面，等待B拿到锁资源或者是B取消后，才可以尝试去竞争锁资源。
1.4 互斥锁、共享锁
Java中提供的synchronized、ReentrantLock是互斥锁。
Java中提供的ReentrantReadWriteLock，有互斥锁也有共享锁。
互斥锁：同一时间点，只会有一个线程持有者当前互斥锁。
共享锁：同一时间点，当前共享锁可以被多个线程同时持有。
二、深入synchronized
2.1 类锁、对象锁
synchronized的使用一般就是同步方法和同步代码块。
synchronized的锁是基于对象实现的。
如果使用同步方法
static：此时使用的是当前类.class作为锁（类锁）
非static：此时使用的是当前对象做为锁（对象锁）
public class MiTest {
public static void main(String[] args) {
// 锁的是，当前Test.class
Test.a();
Test test = new Test();
// 锁的是new出来的test对象
test.b();
}
}
class Test{
public static synchronized void a(){
System.out.println("1111");
}
public synchronized void b(){
System.out.println("2222");
}
}
2.2 synchronized的优化
在JDK1.5的时候，Doug Lee推出了ReentrantLock，lock的性能远高于synchronized，所以JDK团队就在JDK1.6中，对synchronized做了大量的优化。
锁消除：在synchronized修饰的代码中，如果不存在操作临界资源的情况，会触发锁消除，你即便写了synchronized，他也不会触发。
public synchronized void method(){
// 没有操作临界资源
// 此时这个方法的synchronized你可以认为木有~~
}
锁膨胀：如果在一个循环中，频繁的获取和释放做资源，这样带来的消耗很大，锁膨胀就是将锁的范围扩大，避免频繁的竞争和获取锁资源带来不必要的消耗。
public void method(){
for(int i = 0;i < 999999;i++){
synchronized(对象){
}
}
// 这是上面的代码会触发锁膨胀
synchronized(对象){
for(int i = 0;i < 999999;i++){
}
}
}
锁升级：ReentrantLock的实现，是先基于乐观锁的CAS尝试获取锁资源，如果拿不到锁资源，才会挂起线程。synchronized在JDK1.6之前，完全就是获取不到锁，立即挂起当前线程，所以synchronized性能比较差。
synchronized就在JDK1.6做了锁升级的优化
无锁、匿名偏向：当前对象没有作为锁存在。
偏向锁：如果当前锁资源，只有一个线程在频繁的获取和释放，那么这个线程过来，只需要判断，当前指向的线程是否是当前线程 。
如果是，直接拿着锁资源走。
如果当前线程不是我，基于CAS的方式，尝试将偏向锁指向当前线程。如果获取不到，触发锁升级，升级为轻量级锁。（偏向锁状态出现了锁竞争的情况）
轻量级锁：会采用自旋锁的方式去频繁的以CAS的形式获取锁资源（采用的是自适应自旋锁）
如果成功获取到，拿着锁资源走
如果自旋了一定次数，没拿到锁资源，锁升级。
重量级锁：就是最传统的synchronized方式，拿不到锁资源，就挂起当前线程。（用户态&内核态）
2.3 synchronized实现原理
synchronized是基于对象实现的。
先要对Java中对象在堆内存的存储有一个了解。
展开MarkWord
MarkWord中标记着四种锁的信息：无锁、偏向锁、轻量级锁、
2.4 synchronized的锁升级
为了可以在Java中看到对象头的MarkWord信息，需要导入依赖
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
<artifactId>jol-core</artifactId>
<version>0.9</version>
</dependency>
锁默认情况下，开启了偏向锁延迟。
偏向锁在升级为轻量级锁时，会涉及到偏向锁撤销，需要等到一个安全点（STW），才可以做偏向锁撤销，在明知道有并发情况，就可以选择不开启偏向锁，或者是设置偏向锁延迟开启
因为JVM在启动时，需要加载大量的.class文件到内存中，这个操作会涉及到synchronized的使用，为了避免出现偏向锁撤销操作，JVM启动初期，有一个延迟4s开启偏向锁的操作
如果正常开启偏向锁了，那么不会出现无锁状态，对象会直接变为匿名偏向
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread.sleep(5000);
Object o = new Object();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
new Thread(() -> {
synchronized (o){
//t1 - 偏向锁
System.out.println("t1:" + ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
}
}).start();
//main - 偏向锁 - 轻量级锁CAS - 重量级锁
synchronized (o){
System.out.println("main:" + ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
}
}
整个锁升级状态的转变：
Lock Record以及ObjectMonitor存储的内容
2.5 重量锁底层ObjectMonitor
需要去找到openjdk，在百度中直接搜索openjdk，第一个链接就是
找到ObjectMonitor的两个文件，hpp，cpp
ObjectMonitor() {
_header = NULL; // header存储着MarkWord
_count = 0; // 竞争锁的线程个数
_waiters = 0, // wait的线程个数
_recursions = 0; // 标识当前synchronized锁重入的次数
_object = NULL;
_owner = NULL; // 持有锁的线程
_WaitSet = NULL; // 保存wait的线程信息，双向链表
_WaitSetLock = 0 ;
_Responsible = NULL ;
_succ = NULL ;
_cxq = NULL ; // 获取锁资源失败后，线程要放到当前的单向链表中
FreeNext = NULL ;
_EntryList = NULL ; // _cxq以及被唤醒的WaitSet中的线程，在一定机制下，会放到EntryList中
_SpinFreq = 0 ;
_SpinClock = 0 ;
OwnerIsThread = 0 ;
_previous_owner_tid = 0;
}
适当的查看几个C++中实现的加锁流程
TryLock
int ObjectMonitor::TryLock (Thread * Self) {
for (;;) {
// 拿到持有锁的线程
void * own = _owner ;
// 如果有线程持有锁，告辞
if (own != NULL) return 0 ;
// 说明没有线程持有锁，own是null，cmpxchg指令就是底层的CAS实现。
if (Atomic::cmpxchg_ptr (Self, &_owner, NULL) == NULL) {
// 成功获取锁资源
return 1 ;
}
// 这里其实重试操作没什么意义，直接返回-1
if (true) return -1 ;
}
}
try_entry
bool ObjectMonitor::try_enter(Thread* THREAD) {
// 在判断_owner是不是当前线程
if (THREAD != _owner) {
// 判断当前持有锁的线程是否是当前线程，说明轻量级锁刚刚升级过来的情况
if (THREAD->is_lock_owned ((address)_owner)) {
_owner = THREAD ;
_recursions = 1 ;
OwnerIsThread = 1 ;
return true;
}
// CAS操作，尝试获取锁资源
if (Atomic::cmpxchg_ptr (THREAD, &_owner, NULL) != NULL) {
// 没拿到锁资源，告辞
return false;
}
// 拿到锁资源
return true;
} else {
// 将_recursions + 1，代表锁重入操作。
_recursions++;
return true;
}
}
enter（想方设法拿到锁资源，如果没拿到，挂起扔到_cxq单向链表中）
void ATTR ObjectMonitor::enter(TRAPS) {
// 拿到当前线程
Thread * const Self = THREAD ;
void * cur ;
// CAS走你，
cur = Atomic::cmpxchg_ptr (Self, &_owner, NULL) ;
if (cur == NULL) {
// 拿锁成功
return ;
}
// 锁重入操作
if (cur == Self) {
// TODO-FIXME: check for integer overflow! BUGID 6557169.
_recursions ++ ;
return ;
}
//轻量级锁过来的。
if (Self->is_lock_owned ((address)cur)) {
_recursions = 1 ;
_owner = Self ;
OwnerIsThread = 1 ;
return ;
}
// 走到这了，没拿到锁资源，count++
Atomic::inc_ptr(&_count);
for (;;) {
jt->set_suspend_equivalent();
// 入队操作，进到cxq中
EnterI (THREAD) ;
if (!ExitSuspendEquivalent(jt)) break ;
_recursions = 0 ;
_succ = NULL ;
exit (false, Self) ;
jt->java_suspend_self();
}
}
// count--
Atomic::dec_ptr(&_count);
}
EnterI
for (;;) {
// 入队
node._next = nxt = _cxq ;
// CAS的方式入队。
if (Atomic::cmpxchg_ptr (&node, &_cxq, nxt) == nxt) break ;
// 重新尝试获取锁资源
if (TryLock (Self) > 0) {
assert (_succ != Self , "invariant") ;
assert (_owner == Self , "invariant") ;
assert (_Responsible != Self , "invariant") ;
return ;
}
}