Synchronized實現原理
Java對象頭
對象是存放在堆內存之中的，大致可以分爲對象圖，實例變量，填充字節。
其中對象頭中有一個叫做MarkWord的區域是用來存儲包含鎖相關的信息：是否有鎖，鎖的類型，偏向鎖偏向的線程的ID，鎖的狀態.
這是64位虛擬機中的模型(32位主要結構與其相同，位數有所不同)
5.2 幾種鎖的區別
JDK1.6之前，synchronized只有一種鎖，就是當時的重量級鎖，而JDK1.6之後給synchronized增加了幾個新的鎖，比如：偏向鎖，輕量級鎖，之後纔是–>重量級鎖。有效減少了申請鎖和釋放鎖嗲來的性能消耗。
引入原因：JVM認爲：大部分時候是不存在鎖競爭的，常常是一個線程多次獲得同一個鎖，因此如果每次都要競爭鎖會增大很多沒有必要付出的代價，爲了降低獲取鎖的代價，才引入的偏向鎖。
Tip : 比如一個for循環內調用方法，大多數情況是不需要競爭的。
偏向鎖就好像一把寶刀，任何人想使用它，需要先問他：寶刀呀寶刀，你有主人嗎？
寶刀說沒有的話，則開始認主。
如果寶刀說有，那麼就需要查詢他主人是否還活着？死了的話就可以重新認主。
還活着的話，那麼其他人就不能再要求使用它，並且寶刀進入自衛模式(輕量級鎖),防止爭奪。
偏向鎖：當線程1 訪問代碼塊並獲取鎖對象時，會在java對象頭和棧幀中記錄偏向的鎖的threadID，因爲 偏向鎖不會主動釋放鎖，因此之後線程1再次獲取鎖的時候，需要 比對當前線程的threadID和Java對象頭中的threadID是否一致，如果相同，說明還是線程1獲取鎖對象，則直接放行。
如果不一致，說明是非線程1想要得到資源，那麼需要詢問對象頭中的線程1是否還活着，如果依然活着，那麼立刻查找線程1的棧幀信息，如果線程1說：”我還要這個資源，“那麼暫停當前線程1，將偏向鎖升級位輕量級鎖(先撤銷偏向鎖，增加輕量級鎖).
如果線程1已經死了，活着線程1不再需要這個資源的話，將對象鎖狀態設爲無鎖狀態，重新偏向新的線程。
[外鏈圖片轉存失敗(img-lRe0mi6V-1564649471748)(D:\我的堅果雲\Pictures\偏向鎖升級過程.jpg)]
輕量級鎖
引入原因：輕量級鎖考慮的是競爭鎖對象的線程不多，而且線程持有鎖的時間也不長的情景。因爲阻塞線程需要CPU從用戶態轉到內核態，代價較大，如果剛剛阻塞不久這個鎖就被釋放了，那這個代價就有點得不償失了，因此這個時候就乾脆不阻塞這個線程，讓它自旋這等待鎖釋放。
還是剛纔那把寶刀，寶刀認爲可能剛纔那個人是無意的，所以暫時還不準備砍傷他。
如果寶刀過一會發現自己主人死了/把自己拋棄了，那麼換一個耐心等待它的主人。
但是如果爭奪的人過多，寶刀就會覺得：“好煩呀！我又不是那麼隨便的刀，我主人活得好好的，你們來找事”
“把你們全部送進醫院裏！！！”,然後進入重量級鎖狀態，誰碰刀，誰就回家療養。
實現：通過CPU空轉實現自旋，比如讓當前進程進入一個while循環，跳出條件是沒有線程爭奪這個資源。
一個類似CPU空轉的例子：
public final int incrementAndGet() {
// 不管怎樣，該線程一定要進入到一個無限循環中
for (;;) { // 不斷的嘗試。
int current = get();
int next = current + 1;
if (compareAndSet(current, next)) // 直到目標資源是期待的樣子
return next; // 結束這該死的循環
} // 如果不符合，空轉CPU。
}
CAS的原理如上，如果資源是期待的模樣，那麼for循環是隱藏的，對性能沒有任何影響。少數線程競爭資源時，空轉CPU造成的資源浪費遠小於從用戶態轉到內核態的代價。
就像堵車，你不願意看到紅燈就熄火，只有堵死的時候，纔會熄火。
那麼什麼時候將紅燈變成堵車呢? 輕量級鎖變爲重量級鎖呢？
A ： 當等待線程自旋時間過後依然沒有得到鎖，並且又來了一個線程過來競爭這個鎖對象，那麼此時這個輕量級鎖就會膨脹爲重量級鎖。重量級鎖把除了擁有鎖的線程都阻塞，防止CPU空轉。
注意：爲了避免無用的自旋，輕量級鎖一旦膨脹爲重量級鎖就不會再降級爲輕量級鎖了；偏向鎖升級爲輕量級鎖也不能再降級爲偏向鎖。一句話就是鎖可以升級不可以降級，但是偏向鎖狀態可以被重置爲無鎖狀態。
重量級鎖：
沒什麼好說的，就是標準的，誰想搶資源誰就睡，睡到直到輪到它爲止。
| 鎖狀態 | 優點 | 缺點 | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| 偏向鎖 | 加鎖解鎖無需額外的消耗， 和非同步方法時間相差納秒級別 | 如果競爭線程多，那麼會帶來額外的鎖撤銷的消耗 | 基本沒有線程競爭鎖的同步場景 |
| 輕量級鎖 | 競爭的線程不會阻塞，使用自旋，提高程序響應速度。 | 如果始終不能獲取鎖，長時間的自旋會造成CPU消耗 | 適用於少量線程競爭鎖對象，且線程持有鎖的時間不長，追求相應速度的場景 |
| 重量級鎖 | 線程競爭不適用CPU自旋，不會導致CPU空轉消耗CPU資源 | 線程阻塞，相應時間長 | 很多線程競爭鎖，且鎖持有的時間長，追求吞吐量的場景。 |