前言

傳說天地初開，Synchronized ，Volatile，Lock孕育而生，他們之間有著怎麼樣的精彩故事呢？這篇文章，輝先森與你一同看看。

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一、Synchronized ，Volatile，Lock出現的場景

他們的出現是為了解決執行緒安全問題。注意了，執行緒安全不是指執行緒的安全，而是指記憶體的安全，所以多執行緒的通訊要保證的也是記憶體資料的安全。簡單的說明一下原因：

在目前主流的作業系統中，每個程式都有自己的記憶體空間，而不能去訪問其他程式的，這是有作業系統進行保證的啊，就是每個程式都有相同的邏輯空間，但是資料怎麼存在真實的物理空間裡面，這是有我們的作業系統去解決（分頁，分段）。

執行緒是工作在程式之下的，而我們程式的堆記憶體是程式內的所以執行緒都可以訪問到的區域。這就會造成一個問題，比如，某個執行緒正在辛辛苦苦的處理資料，這時他被老闆叫去開會，回來發現，資料被改動過了。我們把堆記憶體理解成程式通訊的共享記憶體就很容易理解了，大家都可以訪問你這個記憶體地址，我又不知道這是不是有人在用，所以就需要我們鎖的出現。

二、Synchronized的原理

Synchronized關鍵字的作用：

這是一個同步鎖的概念，被Synchronized修飾的程式碼段可防止被多個執行緒同時執行，必須一個執行緒把Synchronized修飾的程式碼段都執行完畢了，其他執行緒才能開始執行這段程式碼。保證了可見性，原子性，有序性。

Synchronized的工作原理：

1. 物件被建立在堆記憶體中的，物件在記憶體中的佈局可分成3塊區域：物件頭，例項資料，對齊填充。

例項資料：存放類的屬性資料資訊，包括父類的屬性資訊。

對齊填充：這是由於JVM要求物件初始地址是8位元組的整數倍。

物件頭是Synchronized實現鎖的基礎，主要的結構是有Mark Word  和 型別指標。

Mark Word ：儲存物件的hashcode，鎖資訊或分代年齡等。

型別指標：指向物件的類後設資料，JVM是通過該指標去確定物件是哪個類的例項。

 

2. 每一個鎖都對應一個monitor物件的起始地址。每個物件例項都會有一個monitor，這是與物件一起建立銷燬或者是執行緒獲得物件鎖時自動生成的。當一個monitor被某執行緒持有後，便處於鎖定狀態了。

monitor：可以理解為一個同步工具或者一種同步機制，通常被描述為一個物件。monitor是執行緒私有的資料結構，每一個執行緒都有一個可用的monitor record列表和一個全域性可用列表。每一個鎖住的物件都會和一個monitor關聯，同時monitor有一個owner欄位存放擁有該鎖的執行緒唯一標識，表示該鎖被這個執行緒佔用了。

 

3. Synchronized常被用於修飾程式碼塊或者方法，我們看看這個兩者有什麼區別。

Synchronized修飾程式碼塊：底層是使用了monitorenter 和 monitorexit 指令。 當執行monitorenter指令時，會嘗試獲得monitor物件，成功就把鎖的計數器_count加1，當執行到 monitorexit 指令時，計數器就減1。

這裡雖然沒有貼原始碼，但是讀者看原始碼是可以知道是會出現兩個monitorexit 指令，這可能會讓我們有點困惑，講道理monitorenter 和 monitorexit 指令應該是一同出現的吧，那為什麼會出現兩個monitorexit 指令呢？

其實啊，這是為了保證在方法異常時，monitorenter 和 monitorexit 指令也是可以配對執行，編譯器會自動產生一個異常處理器，目的是用來執行異常的monitorexit 指令去釋放monitor。

Synchronized修飾方法：是用ACC_SYNCHRONIZED標識，JVM會通過該標識去執行上面的同步過程二、Synchronized的優化

三、Synchronized的優化

在JDK1.5之前Synchronized的效率是很低的，這是因為底層的monitorenter 和 monitorexit 指令都是執行在核心態的，而使用者態去到核心態的時間開銷是不低的。以至於在JDK1.5，引入了Synchronized的新概念：無鎖，偏向鎖，輕量級鎖，重量級鎖。這些只是使用Synchronized鎖後的一種鎖狀態，儲存的地方就是開頭介紹的Mark Word中。

這裡先不講這四種狀態的介紹，我們留到之後在來開一片JAVA鎖的全家桶。現在我們只需要先知道，鎖的狀態的等級：無鎖<偏向鎖<輕量級鎖<重量級鎖。鎖的狀態只能從低等級的升級到高等級，而不能反向，也就是說升級的方向是：無鎖->偏向鎖->輕量級鎖->重量級鎖。

優化的重點來了，前面搞這麼多的鎖狀態其實就是要優化解決Synchronized頻繁的從使用者態到核心態的轉移。真正會進入到核心態的是升級到重量級鎖時。 這也是現在Synchronized的效能可以和Lock交手的原因。

四、volatile和Synchronized 的區別

volatile關鍵字的作用：

保證可見性和有序性（不保證原子性），如果一個變數被volatile修飾我們稱為共享變數，那一個執行緒修改了這個共享變數後，其他執行緒是立馬可以知道的。因為該變數會強制立刻重新整理到主存。

禁止指令重新排序，在volatile變數之前的指令不能在volatile變數之後執行，在volatile變數之後的指令不能在volatile變數之前執行。（使用場景可以看看單例模式的雙重校驗鎖機制）。

volatile和Synchronized 的區別：

（1）volatile只能作用與變數，使用範圍較小。Synchronized 可以用在變數，方法，類，同步程式碼塊等，使用廣。

（2）volatile保證可見性和有序性（不保證原子性），而Synchronized都保證。

（3）volatile不會造成執行緒阻塞，Synchronized可能會造成執行緒阻塞。

五、Lock和Synchronized 的區別

Lock關鍵字的作用：

Lock和Synchronized差不多，只是一個是有程式設計師手動去釋放鎖（Lock)，一個是由JVM去自動釋放鎖（Synchronized）。

Lock和Synchronized 的區別：

（1）用法不同：Synchronized是託管於JVM會自動的釋放鎖，而Lock需要我們顯示的指定頭尾。

（2）效能：在JDK1.5之後兩者差不多了，可能還是lock會快一點點吧。

（3）底層不同：Synchronized是悲觀鎖，最終基於作業系統的mutex lock來實現互斥；Lock是樂觀鎖，CAS+volatile。

（4）功能：Lock提供高階功能實現：可定時，可輪詢，可中斷，讀寫鎖，公平鎖或者非公平鎖。而Synchronized只是一個普通的非公平鎖。但是他們兩者都是可重入鎖。

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總結

程式設計世界博大精深，需要我們細細品味，好好學習，共同進步，加油少年郎。對了，差點忘記怎麼暴打面試官了，當你可以理解這篇文章了，被問到Synchronized時，嘻嘻，就是在送。