参考了其他一些博文的片段

Synchronized

synchronized 是基于 Java 对象头和 Monitor 机制来实现的。

一个对象在内存中包含三部分：对象头，实例数据和对齐填充。其中 Java 对象头包含两部分：

 

Monitor的操作机制如下：

 

 

 

• Class Metadata Address （类型指针）。存储类的元数据的指针。虚拟机通过这个指针找到它是哪个类的实例。
• Mark Word（标记字段）。存出一些对象自身运行时的数据。包括哈希码，GC 分代年龄，锁状态标志等。
•  

• Java对象头

  

  在运行期间，Mark Word里存储的数据会随着锁标志位的变化而变化，以32位的JDK为例：

  

   

  每一个对象都会有一个monitor，monitor是由C++实现的一个ObjectMonitor类，可以理解为一个实现线程同步的对象；

• Mark Word 有一个字段指向 monitor 对象。monitor 中记录了锁的持有线程，等待的线程队列等信息。前面说的每个对象都有一个锁和一个等待队列，就是在这里实现的。 monitor 对象由 C++ 实现。其中有三个关键字段：

• _owner 记录当前持有锁的线程
• _EntryList 是一个队列，记录所有阻塞等待锁的线程
• 多个线程竞争锁时，会先进入 EntryList 队列。竞争成功的线程被标记为 Owner。其他线程继续在此队列中阻塞等待。
• 如果 Owner 线程调用 wait() 方法，则其释放对象锁并进入 WaitSet 中等待被唤醒。Owner 被置空，EntryList 中的线程再次竞争锁。
• 如果 Owner 线程执行完了，便会释放锁，Owner 被置空，EntryList 中的线程再次竞争锁。
• _WaitSet 也是一个队列，记录调用 wait() 方法并还未被通知的线程。

jdk 1.6对做了很多优化：

• 锁消除：在代码上加了锁，但是虚拟机判断出这一块代码不可能被多线程竞争，就会把这个锁消除掉；虚拟机判断的依据是逃逸分析
• 锁粗化：如果虚拟机检测到一串操作都对一个对象加锁，释放锁，将会把加锁的范围粗化到整个操作的外部；
• 自适应自旋：自旋时间由前一次在同一个锁的自旋时间和锁的拥有者状态来决定，如果虚拟机判断获得这个锁的可能性很大，就会增加自旋时间，如果觉得很难获得锁，可能会省去自旋这一步节约CPU；

• 偏向锁：这个锁会偏向于第一个持有它的线程，如果在运行过程中，同步锁只有一个线程访问，不存在多线程争用的情况，则线程是不需要触发同步的，减少加锁／解锁的一些CAS操作（比如等待队列的一些CAS操作），这种情况下，就会给线程加一个偏向锁。

  轻量级锁：由偏向锁转化来，相对于传统的重量级锁，不会阻塞线程，而是通过自旋进行等待；以CPU为代价，避免线程的上下文切换，追求响应速度；

• AQS

  Java中的大部分同步类（Lock、Semaphore、ReentrantLock等）都是基于AbstractQueuedSynchronizer（简称为AQS）实现的。AQS是一种提供了原子式管理同步状态、阻塞和唤醒线程功能以及队列模型的简单框架。

• AQS 全称 AbstractQueuedSynchronizer。AQS 中有两个重要的成员：

• 成员变量 state。用于表示锁现在的状态，用 volatile 修饰，保证内存一致性。同时所用对 state 的操作都是使用 CAS 进行的。state 为0表示没有任何线程持有这个锁，线程持有该锁后将 state 加1，释放时减1。多次持有释放则多次加减。
• 还有一个双向链表，链表除了头结点外，每一个节点都记录了线程的信息，代表一个等待线程。这是一个 FIFO 的链

AQS核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，那么就将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，将共享资源设置为锁定状态；如果共享资源被占用，就需要一定的阻塞等待唤醒机制来保证锁分配。这个机制主要用的是CLH队列的变体实现的，将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

CLH：Craig、Landin and Hagersten队列，是单向链表，AQS中的队列是CLH变体的虚拟双向队列（FIFO），AQS是通过将每条请求共享资源的线程封装成一个节点来实现锁的分配。

主要原理图如下：

AQS使用一个Volatile的int类型的成员变量来表示同步状态，通过内置的FIFO队列来完成资源获取的排队工作，通过CAS完成对State值的修改。