JAVA基础： synchronized 和 lock的区别、synchronized锁机制与升级

1 synchronized 和 lock的区别

synchronized是一个关键字， lock是一个接口，实际使用的是实现类
synchronized通过触发的是系统级别的锁机制， lock是API级别的锁机制

synchronized自动获得锁，自动释放锁。 lock需要通过方法获得锁并释放锁
synchronized可以修饰代码段和方法，lock只能修饰代码中
synchronized无法判断是否获得锁，lock可以通过tryLock判断
synchronized一旦阻塞无法中断，lock可以被中断 lock.lockInterruptibly();等待并可以被中断
synchronized一旦出现死锁无法自动解决，lock出现死锁后自动解除
synchronized锁的形式单一， lock锁的形式多样化（可重入锁，排他锁，共享锁，读写锁，公平锁，非公平锁）
synchronized早先属于重量级锁，性能较低。 lock相比之下性能略高

main(){A a = new A();//问题是：在线程1调用t1方法，睡眠的10秒中，线程2和线程3和线程4能否执行？new Thread(()->{a.t1()});new Thread(()->{a.t2()});new Thread(()->{a.t3()});new Thread(()->{a.t4()});new Thread(()->{a.t5()});
}class A{public synchronized void t1(){ //睡眠了10s中 }public synchronized void t2(){}public void t3(){}public synchronized static void t4(){} //静态方法，属于类（模板对象 Class）public void t5(){synchronized(this.getClass()){}}    
}

2 synchronized详解

2.1 用户态与内核态

可以理解成是两种对系统元件不同的访问权限
程序运行时，会用到很多系统的元件。
不是所有的元件，所有的程序都具有使用权限
有些元件普通程序（Java程序）就可以直接访问，此时我们就说程序处于用户态
有些元件普通不能直接访问，需要通过系统帮助访问（CPU, IO等），此时我们就说程序处于内核态
我们的在运行的过程中，随着需要使用的系统元件不同，有可能会从用户态切换到内核态
用户态与内核态的切换需要耗时，耗资源。

2.2 用户线程与内核线程

系统有自己的线程，称为内核线程
我们使用Java语言创建的线程（Thread），称为用户线程
内核线程的数量与系统的cpu数量（逻辑处理器数量）是相同
用户线程在执行过程中，不是直接抢占CPU，而是要争抢与内核线程的关联（映射）
如果创建的用户线程过多，多个用户线程会映射到一个内核线程上
但一个内核线程每次（一个时间片）只能为一个用户线程执行任务
所以当内核线程在多个用户线程之间切换时，需要保留上一个线程执行的相关信息
我们称这个过程为上下文切换
上下文切换耗时，耗资源

2.3 synchronized重量级锁

synchronized在上锁时，最终使用的是系统级别的mutex互斥锁（排他锁）
使用synchronized上锁时，会存在用户态与内核态的切换，性能较低。
我们称这种会涉及到系统资源使用的锁，为重量级锁。
jdk1.5 推出JUC之后， lock锁在一定程度上，减缓了重量级的性能消耗
lock锁在整个锁应用过程中，有一部分是在用户态完成的，少量在内核态完成。
所以lock在整体性能上要优于synchronized锁。

2.4 synchronized锁升级

早先版本（1.6-）， synchronized属于重量级锁，因为他直接使用系统级别的互斥锁
所以1.5版本的juc中，lock对于synchronized有所优化
1.6 直接对synchronized做了优化，提供了锁升级的机制
升级过程

注意：无论锁怎么样升级降级，对我们的编码没有影响。
可以利用JOL工具和对对象头结构的理解来测试锁升级的过程
创建对象时，在jvm堆内存中会开辟存储空间。这个对象空间也有一定的结构
- 部分一：对象头
  1. mark word 标记内容，其中包括锁标记，随着锁升级，锁标记也会变化
  2. Klass 指向类模板
- 部分二：属性数据空间
- 部分三：数据对齐
- 扩展：如果是数组对象，还有部分四，length属性