底層實現

synchronized底層實現

詳細參考：楊曉峯極客時間上的課程《Java核心技術面試精講》：第16講 | synchronized底層如何實現？什麼是鎖的升級、降級

synchronized 代碼塊是由一對兒 monitorenter/monitorexit 指令實現的，Monitor 對象是同步的基本實現單元。
發展歷程：
- JDK6之前，Monitor 的實現完全是依靠操作系統內部的互斥鎖，因爲需要進行用戶態到內核態的切換，所以同步操作是一個無差別的重量級操作。(@所以說效率低下嘛)
- 現代的（Oracle）JDK 中，JVM 對此進行了大刀闊斧地改進，提供了三種不同的 Monitor 實現，也就是常說的三種不同的鎖:偏斜鎖（Biased Locking）、輕量級鎖和重量級鎖大大改進了其性能。
偏斜鎖：JVM 會利用 CAS 操作（compare and swap），在對象頭上的 Mark Word 部分設置線程 ID，以表示這個對象偏向於當前線程，所以並不涉及真正的互斥鎖
輕量級鎖：
- 如果有另外的線程試圖鎖定某個已經被偏斜過的對象，JVM 就需要撤銷（revoke）偏斜鎖，並切換到輕量級鎖實現。輕量級鎖依賴 CAS 操作 Mark Word 來試圖獲取鎖，如果重試成功，就使用普通的輕量級鎖；否則，進一步升級爲重量級鎖。
- 因爲重量級鎖性能差，所以輕量級鎖又衍生出了一種鎖：自旋鎖，其實現就是自循環若干次，通過CAS操作MARK WROD試圖獲取鎖

其他鎖模型

詳細參考：王寶令極客時間上的課程《Java併發編程實戰》- 08 | 管程：併發編程的萬能鑰匙

管程模型：
- Hasen模型：要求 notify() 放在代碼的最後，這樣 T2 通知完 T1 後，T2 就結束了，然後 T1 再執行，這樣就能保證同一時刻只有一個線程執行。
- Hoare模型：T2 通知完 T1 後，T2 阻塞，T1 馬上執行；等 T1 執行完，再喚醒 T2，也能保證同一時刻只有一個線程執行。但是相比 Hasen 模型，T2 多了一次阻塞喚醒操作。
- MESA模型（JAVA參考實現）：MESA 管程裏面，T2 通知完 T1 後，T2 還是會接着執行，T1 並不立即執行，僅僅是從條件變量的等待隊列進到入口等待隊列裏面。這樣做的好處是 notify() 不用放到代碼的最後，T2 也沒有多餘的阻塞喚醒操作。但是也有個副作用，就是當 T1 再次執行的時候，可能曾經滿足的條件，現在已經不滿足了，所以需要以循環方式檢驗條件變量。—也就是產生假喚醒

鎖變化

升級/膨脹

其實就是偏斜鎖=》輕量級鎖=》重量級鎖的過程，見第一節 #底層實現

鎖降級

鎖降級確實是會發生的，當 JVM 進入安全點（SafePoint）的時候，會檢查是否有閒置的 Monitor，然後試圖進行降級。

synchronized鎖的範圍

範圍
- 代碼塊
- 方法
- 對象
- 類
對象鎖和類
- 類鎖和對象鎖是分開的，（現在只是個概念，用來區分對象鎖的，是指靜態方法的鎖），程序中獲得類鎖的同時也可以獲得對象鎖。
- 同一個類鎖和同一個類鎖是互斥的，同一個對象鎖和同一個對象鎖互斥。非靜態方法不受類鎖的影響
- 對象鎖與實例對象相關，不同的對象的對象鎖不一樣，可以同時獲取兩個不同對象的對象鎖

package com.keven;

//類鎖和對象鎖的測試代碼
public class SyncTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        runObjectLockTest();
        System.out.println("finished runObjectLockTest");
        runClassLockTest();
        System.out.println("finished runClassLockTest");
        runClassObjectLockTest();
        System.out.println("finished runClassObjectLockTest");
        Thread.sleep(10000);
    }

    //測試對象鎖和類鎖是否能夠同時獲取, 可以看到兩個線程打印數據不受影響，說明不是同一個鎖
    private static void runClassObjectLockTest() {
        new Thread(SyncTest::testClassLock1, "thread1").start();
        new Thread(() -> {
            new SyncTest().testObjectLock();
        }, "thread2").start();
    }

    //測試類鎖，顯示thread1打印完成，後面thread2纔開始打印，從側面驗證獲取到的是同一個鎖
    private static void runClassLockTest() {
        new Thread(SyncTest::testClassLock1, "thread1").start();
        new Thread(SyncTest::testClassLock2, "thread2").start();

    }

    //測試對象鎖, 可以看到兩個線程打印數據不受影響， 且this對象的hash值不一樣
    private static void runObjectLockTest() {
        final SyncTest syncTest = new SyncTest();
        final Thread thread1 = new Thread(() -> {
            syncTest.testObjectLock();
        }, "thread1");

        final Thread thread2 = new Thread(() -> {
            new SyncTest().testObjectLock();
        }, "thread2");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }

    private static synchronized void testClassLock1() {
        int i = 100;
        int count = 0;
        while ((i-- > 0) && (count++ < 10)) {
            System.out.println("method testClassLock1--" + Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

    private static synchronized void testClassLock2() {
        int i = 100;
        int count = 0;
        while ((i-- > 0) && (count++ < 10)) {
            System.out.println("method testClassLock2--" + Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

    private void testObjectLock() {
        synchronized (this) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + this);
            int i = 100;
            int count = 0;
            while ((i-- > 0) && (count++ < 5)) {
                System.out.println("method testObjectLock--" + Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
                try {
                    Thread.sleep(50);
                } catch (InterruptedException ie) {
                }
            }
        }
    }

}

synchronized和ReentrantLock有什麼區別？

詳細可參考：楊曉峯極客時間上的課程《Java核心技術面試精講》：第15講 | synchronized和ReentrantLock有什麼區別呢？

synchronized 和 ReentrantLock 的性能不能一概而論:
- 早起版本的synchronize在很多場景下性能相差較大
- 在後續版本進行了較多的改進，在低競爭場景中表現可能優於ReentrantLock
這裏所謂的公平性是指在競爭場景中，當公平性爲真時，會傾向於將鎖賦予等待時間最久的線程。公平性是減少線程“飢餓”（個別線程長期等待鎖，但始終無法獲取）情況發生的一個辦法。
ReentrantLock與Synchronized的區別：
- ReentrantLock
  - 更加的靈活，但必須手動釋放鎖
    - 可通過條件控制同步
    - 可被中斷，並拋出中斷異常，釋放鎖
    - 可選擇獲取鎖的超時時間，嘗試獲取鎖
    - 可選擇是否爲公平鎖
  - 只適合代碼塊的鎖
- synchronized
  - 無需釋放鎖，自動處理
  - 可修飾方法，類，代碼塊
  - 非公平鎖，如果阻塞則必須等待cpu調度
ReentrantLock與Synchronized的共通點：都是獨佔鎖或者說是排它鎖

關聯關鍵詞

在上面的代碼中，我用的是 notifyAll() 來實現通知機制，爲什麼不使用 notify() 呢？
- 這二者是有區別的，notify() 是會隨機地通知等待隊列中的一個線程，而 notifyAll() 會通知等待隊列中的所有線程。
- 從感覺上來講，應該是 notify() 更好一些，因爲即便通知所有線程，也只有一個線程能夠進入臨界區。但那所謂的感覺往往都蘊藏着風險，實際上使用 notify() 也很有風險，它的風險在於可能導致某些線程永遠不會被通知到。@隨機的弊病不就是存在永遠不被輪到的弊病麼？這跟非公平鎖的弊病是一個意思
wait與sleep區別在於：
- wait會釋放所有鎖而sleep不會釋放鎖資源.
- wait只能在同步方法和同步塊中使用，而sleep任何地方都可以
- wait無需捕捉異常，而sleep需要
- sleep是Thread的方法，而wait是Object類的方法；
- sleep方法調用的時候必須指定時間
  兩者相同點：都會讓渡CPU執行時間，等待再次調度！。補充關於二者的區別還可以看知乎的這篇帖子
wait()方法與sleep()方法的不同之處在於，wait()方法會釋放對象的“鎖標誌”。當調用某一對象的wait()方法後，會使當前線程暫停執行，並將當前線程放入對象等待池中，直到調用了notify()方法後，將從對象等待池中移出任意一個線程並放入鎖標誌等待池中，只有鎖標誌等待池中的線程可以獲取鎖標誌，它們隨時準備爭奪鎖的擁有權。當調用了某個對象的notifyAll()方法，會將對象等待池中的所有線程都移動到該對象的鎖標誌等待池。
sleep()方法需要指定等待的時間，它可以讓當前正在執行的線程在指定的時間內暫停執行，進入阻塞狀態，該方法既可以讓其他同優先級或者高優先級的線程得到執行的機會，也可以讓低優先級的線程得到執行機會。但是sleep()方法不會釋放“鎖標誌”，也就是說如果有synchronized同步塊，其他線程仍然不能訪問共享數據

常見面試題

synchronized和ReentrantLock的區別 @見筆記
鎖什麼時候升級/降級？@見筆記
類鎖和對象鎖的區別？ @見筆記
爲什麼JDK8中ConcurrentHashMap的鎖實現要用CAS+synchronized來取代Segment+ReentrantLock呢？
- @詳細見ConcurrentHashMap 1.8爲什麼要使用CAS+Synchronized取代Segment+ReentrantLock - 羊飛 - 博客園
- 簡單說就是鎖的粒度下降到Node級別了，競爭會比較小，這個時候synchronized的性能要優於ReentrantLock.
爲什麼wait必須是在同步塊中的呢？@重看了一遍王寶令的課程，發現這是MESA管程模型的設計範式，硬要解釋的話可以是這樣：
- wait是跟notify， notifyAll配對的, 是和synchronized關鍵字一起使用的
- wait的工作原理就是wait的時候，會進入同步塊(synchronized)所對應的條件等待隊列，在其他地方使用這個關鍵字是不可進入的
- 或者說wait所對應的管程的入口在synchronied處
wait與sleep區別是什麼？ @見上面的筆記

Java synchronized 底層實現，原理，面試題總結

底層實現

synchronized底層實現

其他鎖模型

鎖變化

升級/膨脹

鎖降級

synchronized鎖的範圍

synchronized和ReentrantLock有什麼區別？

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