synchronized在JDK1.5之前性能比较低，那时候我们通常选择使用Lock而不是synchronized。然而，这种情况在JDK1.6中得到了改变。在JDK1.6中，对synchronized做了各种优化，性能也有了很大的提升。这也是当前版本中经常看到synchronized的重要原因之一。当然，除了性能，synchronized的使用也很方便，这也是它流行的一个重要原因。在众多的优化方案中，锁扩展机制是提升synchronized性能最有利的手段之一（其他优化方案我们后面会讲到）。在这篇文章中，我们关注什么是锁扩展？以及锁扩展的各种细节。当文本在JDK1.5时，synchronized需要调用监听锁（Monitor）来实现。监听锁本质上是依赖底层操作系统的MutexLock（互斥锁）实现的。互斥锁释放和获取时，需要从用户态切换到内核态，成本高，执行时间长。这种依赖于操作系统MutexLock实现的锁被称为“重量级锁”。.什么是用户态和内核态？用户态：当一个进程正在执行用户自己的代码时，称它处于用户运行态。内核态：当一个任务（进程）执行系统调用，落入内核代码的执行中，我们调用内核运行态的进程。此时，处理器以最高特权级在内核代码中执行。为什么要分开内核态和用户态？假设不区分内核态和用户态，程序可以随意读写硬件资源，比如随意读写和分配内存。这样，如果程序员不小心把不合适的内容写到不该写的地方，很可能会导致系统崩溃。有了用户态和内核态的区分，程序在执行某个操作时会进行一系列的验证和检查。在破坏系统的情况下，即有了内核态和用户态的区分，程序可以更安全地运行，但同时在两种模式之间切换会造成一定的性能开销。锁扩展在JDK1.6中，为了解决获取和释放锁带来的性能消耗，引入了“偏向锁”和“轻量级锁”两种状态。此时一共有四种synchronized状态：无锁偏向锁、轻量级锁、重量级锁的等级依次升级。我们称这个升级过程为“锁扩展”。PS：到现在锁的升级都是单向的，也就是说只能从低到高升级（无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁），不会有锁降级条件。为什么锁扩展可以优化synchronized的性能？当我们了解了这些锁状态之后，自然就有了答案。让我们一起来看看吧。1.偏向锁HotSpot笔者通过研究和实践发现，在大多数情况下，并没有多线程竞争锁，总是同一个线程多次获取锁。为了让线程获取锁的代价更低，偏向Lock。偏向锁意味着它会偏向于第一个访问锁的线程。如果运行时只有一个线程访问同步锁，没有多线程争用，则不需要该线程。同步被触发。在这种情况下，将向线程添加偏向锁。偏向锁执行流程当线程访问同步代码块并获得锁时，会将偏向锁线程ID存储在对象头的MarkWord中，线程进入时不再通过CAS操作加锁解锁并退出同步块，而是检测MarkWord中是否存在指向当前线程的偏向锁。如果MarkWord中的线程ID与访问的线程ID相同，则可以直接进入同步块执行代码。如果线程ID不同，则使用CAS尝试获取锁，获取成功则进入同步块执行代码，否则锁的状态将升??级为轻量级锁。偏向锁的优点偏向锁的设计目的是在没有多线程竞争的情况下，尽量减少不必要的锁切换，因为锁的获取和释放依赖于多条CAS原子指令，而偏向锁只需要在替换时执行一次CAS原子指令指定线程ID。MarkWord扩展知识：内存布局在HotSpot虚拟机中，对象在内存中的布局可以分为以下三个区域：对象头（Header）、实例数据（InstanceData）、对齐填充（Padding），以及对象头包含A：MarkWord（标记域）：我们的偏向锁信息就存放在这个区域。KlassPointer（类对象指针）对象在内存中的布局如下：在JDK1.6中，偏向锁默认开启，可以通过“-XX:-UseBiasedLocking=false”命令关闭偏向锁。2.轻量级锁引入轻量级锁的目的是为了在没有多线程竞争的情况下，使用操作系统MutexLock（互斥锁）降低传统重量级锁的性能消耗。如果使用MutexLock，每次获取和释放锁的操作都会带来用户态和内核态的切换，会造成较大的系统性能开销。当关闭偏向锁或多个线程竞争偏向锁时，偏向锁将升级为轻量级锁。轻量级锁的获取和释放都是通过CAS完成的，锁的获取可能会通过一定次数的自旋来完成。注意事项需要强调一点：轻量级锁不是用来替代重量级锁的。其初衷是在没有多线程竞争的情况下，降低传统重量级锁的性能消耗。轻量级锁适用的场景是线程交替执行同步块的情况。如果多个线程同时访问，会导致轻量级锁扩展为重量级锁。3.重量级锁synchronized依赖monitor实现方法同步或者代码块同步。代码块同步是使用monitorenter和monitorexit指令实现的。monitorenter指令在编译后插入到同步代码块的开头，monitorexit插入在方法的末尾和异常处。任何对象都有与之关联的监视器。按住Monitor时，它将处于锁定状态。比如下面的锁定代码：publicclassSynchronizedToMonitorExample{publicstaticvoidmain(String[]args){intcount=0;同步(SynchronizedToMonitorExample.class){for(inti=0;i<10;i++){count++;}}System.out.println(计数);}}当我们将上面的代码编译成字节码后，其内容如下：从上面的结果可以看出，在main方法的执行中有多个monitorenter和monitorexit指令，可以看出synchronized是通过Monitor依赖于监视器锁，而监视器锁依赖于操作系统的互斥锁（MutexLock）。mutex每次获取和释放锁都会带来用户态和内核态的切换，增加了系统的性能开销。总结Synchronized在JDK1.6中优化了它的性能。在一系列优化方法中，锁扩展是提高synchronized执行效率的关键手段之一。重量级锁，最后是重量级锁的过程。重量级之前的所有状态在大多数情况下都可以大大提高synchronized的性能。本系列推荐文章与并发第一课：Thread解释了Java中用户线程和守护线程的区别那么多？深入理解ThreadPool线程池的7种创建方式，强烈推荐大家使用……池化技术到底有多牛？看到线程和线程池的对比，惊呆了！并发中的线程同步和locksynchronized锁this和class的区别！volatile和synchronized的区别轻量级锁就一定比重量级锁快吗？这样终止线程会导致服务宕机？SimpleDateFormat线程不安全的5个解决方案！ThreadLocal不好用？这就是你没用的原因！ThreadLocal内存溢出代码演示及原因分析！信号量告白：限流器我用对了！CountDownLatch：别招手了，等大家再次加入我们！CyclicBarrier：当所有人都准备好后，司机就可以发动汽车了！关注公众号“Java中文社区”，查看更多有趣的Java并发知识文章。
