【JUC】二十七、synchronized锁升级之无锁

关于synchronized同步，能用无锁结构就不要用锁；能锁块，就不要锁整个方法；能用对象锁，就不要用类锁。

用锁能够保证数据的安全性，但性能下降。无锁，性能提升，但安全性下降，如何平衡？

1、背景

在Java早期版本，synchronized是重量级锁，效率低下，因为监视器锁monitor依赖底层操作系统的Mutex Lock（系统互斥量）来实现。

Java5之前，用户态和内核态之间的切换：

用户态和内核态之间切换指的是：

Java的线程是映射到操作系统的原生线程之上的（Java的start方法底层是native start0方法），因此阻塞和唤醒一个线程都需要操作系统介入去切换CPU的状态来完成（内核态），这种状态切换需要耗费处理器的时间，如果同步代码块很简单，那切换的时间可能比代码执行时间还长。

而用户态和内核态有各自专用的内存空间、专用的寄存器 ? 因此，用户态切换到内核态还需要传递很多变量和参数过去，且内核也要去维护这些值。

鉴于以上，Java6后，引入轻量级锁和偏向锁，别一下就捅到重量级锁。一句话，为了尽量减少用户态和内核态的切换次数。

2、Monitor、Java对象、线程如何关联起来的？

如果一个Java对象被某线程锁住，则：

• 该Java对象的Mark Word中的Lock word指向monitor的起始地址
• Monitor的__Owner字段会存放拥有这个对象锁的线程的 id

关于Monitor的复习：【Monitor】

Monitor是在JVM底层实现的，底层代码是c++。本质是依赖于底层操作系统的Mutex Lock实现，而Mutex Lock 的切换需要从用户态转换到内核态中，因此状态转换需要耗费很多的处理器时间，所以synchronized在Java中是一个重量级操作。

3、synchronized锁升级

synchronized锁升级主要依赖Mark Word中锁标志位和释放偏向锁标志位。

• 偏向锁：MarkWord存储的是偏向的线程ID

• 轻量锁：MarkWord存储的是指向线程栈中Lock Record的指针

• 重量锁：MarkWord存储的是指向堆中的monitor对象的指针

4、锁升级之无锁

无锁：即初始状态，一个对象被实例化后，如果还没有被任何线程竞争锁，那它就是无锁状态（001）

用JOL展示下，一个对象在无锁状态下，其对象头是如何记录的。

Object object = new Object();
//hashcode方法是native的，调用了才会生成，否则为0
System.out.println("10进制：" + object.hashCode());
System.out.println("16进制：" + Integer.toHexString(object.hashCode()));
System.out.println("2进制：" + Integer.toBinaryString(object.hashCode()));
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());

结果分析：前25位是没使用的unUsed，再往后31位是hashcode，倒着看