Synchronized的底层原理是什么

Synchronized 是由JVM实现的一种实现互斥同步的一种方式，如果你查看被Synchronized修饰过的程序块编译后的字节码，会发现，被Synchronized修饰过的程序块，在编译前后被编译器生成了monitorenter和monitorexit两个字节码指令。

在虚拟机执行到monitorenter指令时，首先要尝试获取对象的锁:如果这个对象没有锁定，或者当前线程已经拥有了这个对象的锁，把锁的计数器+1;

当执行monitorexit 指令时将锁计数器-1;当计数器为0时，锁就被释放了。

如果获取对象失败了，那当前线程就要阻塞等待，直到对象锁被另外一个线程释放为止。

Java中Synchronize 通过在对象头设置标记，达到了获取锁和释放锁的目的。

锁的底层实现又是什么

锁”的本质其实是 monitorenter 和 monitorexit 字节码指令的一个Reference类型的参数，即要锁定和解锁的对象。我们知道，使用Synchronized 可以修饰不同的对象，因此，对应的对象锁可以这么确定。说明加解锁对象为该对象

1.如果 Synchronized 明确指定了锁对象，比如 Synchronized(变量名)、Synchronized(this)等

2.如果没有明确指定:若 Synchronized 修饰的方法为非静态方法， 表示此方法对应的对象为锁对象;

                                若 Synchronized 修饰的方法为静态方法， 则表示此方法对应的类对象为锁对象。

注意：当一个对象被锁住时，对象里面所有用 Synchronized 修饰的方法都将产生堵塞，而对象里非 Synchronized 修饰的方法可正常被调用， 不受锁影注意。

什么是可重入性，为什么Synchronized是可重入锁

可重入性是锁的一个基本要求，是为了解决自己锁死自己的情况。比如一个类中的同步方法调用另一个同步方法，假如Synchronized 不支持重入，进入method2方法时当前线程获得锁，method2方法里面执行method1 时当前线程又要去尝试获取锁，这时如果不支持重入，"它就要等释放，把自己阻塞，导致自己锁死自己。

对Synchronized来说，可重入性是显而易见的，刚才提到，在执行monitorenter 指令时，如果这个对象没有锁定，或者当前线程已经拥有了这个对象的锁(而不是已拥有了锁则不能继续获取)

其实本质上就通过这种方式实现了可重入性。

JVM对Java的原生锁做了哪些优化

在Java6之前，Monitor的实现完全依赖底层操作系统的互斥锁来实现，由于Java层面的线程与操作系统的原生线程有映射关系，如果要将一个线程进行阻塞在Java6之前，或唤起都需要操作系统的协助，这就需要从用户态切换到内核态来执行，这种切换代价十分昂贵，很耗处理器时间，现代IDK中做了大量的优化。

一种优化是使用自旋锁，即在把线程进行阻塞操作之前先让线程自旋等待一段时间，可能在等待期间其他线程已经解锁，这时就无需再让线程执行阻塞操作。避免了用户态到内核态的切换。

现代JDK中还提供了三种不同的Monitor实现，也就是三种不同的锁:

1.偏向锁(BiasedLocking)

2.轻量级锁

3.重量级锁

这三种锁使得JDK得以优化Synchronized的运行，当M检测到不同的竞争状况时，会自动切换到适合的锁实现，这就是锁的升级、降级。

1.当没有竞争出现时，默认会使用JVM会利用CAS操作，在对象头上的MarkWord部分设置线程ID，以表示这个对象偏向于当前线程，所以并不涉及真正的互斥锁，因为在很多应用场景中，大部分对象生命周期中最多会被一个线程锁定，使用偏斜锁可以降低无竞争开销。

2.如果有另一线程试图锁定某个被偏斜过的对象，JVM就撤销偏斜锁，切换到轻量级锁实现。

3.轻量级锁依赖CAS操作MarkWord来试图获取锁，如果重试成功，就使用普通的轻量级锁;否则，进一步升级为重量级锁。

为什么Synchronized是悲观锁，乐观锁又是什么，CAS又是什么

Synchronized显然是一个悲观锁，因为它的并发策略是悲观的:不管是否会产生竞争，任何的数据操作都必须要加锁、用户态核心态转换、维护锁计数器和检查是否有被阻塞的线程需要被唤醒等操作。

随着硬件指令集的发展，我们可以使用基于冲突检测的乐观并发策略。先进行操作，如果没有其他线程征用数据，那操作就成功了;如果共享数据有征用，产生了冲突，那就再进行其他的补偿措施。

这种乐观的并发策略的许多实现不需要线程挂起，所以被称为非阻塞同步。

乐观锁的核心算法是CAS(Compareandswap，比较并交换)，它涉及到三个操作数:内存值、预期值、新值。

当且仅当预期值和内存值相等时才将内存值修改为新值。

这样处理的逻辑是，首先检查某块内存的值是否跟之前我读取时的一样，如不一样则表示期间此内存值已经被别的线程更改过，舍弃本次操作，否则说明期间没有其他线程对此内存值操作，可以把新值设置给此块内存。

CAS具有原子性，它的原子性由CPU硬件指令实现保证，即使用INI调用Native方法调用由C++编写的硬件级别指令，JDK中提供了Unsafe类执行这些操作