JAVA并发——synchronized的实现原理

synchronized 实现原理依赖于JVM 的 Monitor（监视器锁）和对象头（Object Header）当 synchronized 修饰在方法或代码块上时，会对特定的对象或类加锁，从而确保同一时刻只有一个线程能执行加锁的代码块。

synchronized 修饰方法：会在方法的访问标志中增加一个 ACCSYNCHRONIZED 标志。每当一个线程访问该方法时 JVM 会检查方法的访问标志。如果包含 ACCSYNCHRONIZED 标志，线程必须先获得该方法对应的对象的监视器锁（即对象锁），然后才能执行该方法，从而保证方法的同步性。

synchronized 修饰代码块：会在代码块的前后插入 monitorenter和 monitorexit 字节码指令。可以把 monitorenter 理解为加锁，monitorexit 理解为解锁。

总结：synchronized 是 Java 提供的内置锁（又叫 Monitor锁），底层通过 JVM 的对象头（Mark Word）+ Monitor 对象 实现互斥。它的编译结果中包含字节码指令 monitorenter 和 monitorexit，由 JVM 执行锁逻辑。

1、synchronized 的实现依赖三大底层核心：

2、对象头(Object Header)

在 JVM 中，每个对象的内存布局主要由两部分组成：

1. Mark Word：用于存储对象的运行时数据，包括锁状态、哈希码、GC 分代信息等。
2. Class Pointer：指向对象的类型元数据，帮助 JVM 确定对象的类型信息。

3、Mark Word

Mark Word 是对象头的一部分，会根据锁的不同状态保存不同信息是。也是实现 synchronized 的关键，因为它会根据锁的状态保存不同的信息。

具体包括：

1. 未锁定状态：Mark Word 存储对象的哈希码和 GC 分代信息。
2. 偏向锁状态：Mark Word 保存获取该锁的线程 ID和一些偏向锁标志位。在没有锁竞争的情况下，锁总是“偏向”于第一个获得它的线程。偏向锁通过减少不必要的 CAS 操作来提高性能。
3. 轻量级锁状态：Mark Word 存储的是指向栈中锁记录的指针。轻量级锁适用于多个线程短时间内争用同一锁的场景。
4. 重量级锁状态：Mark Word 存储的是指向 Monitor 对象的指针。当锁竞争激烈时，JVM 会升级为重量级锁，重量级锁使用操作系统的互斥量(Mutex)机制来实现线程的阻塞与唤醒。

4、锁升级总结:

1. 偏向锁：当一个线程第一次获取锁时，J会将该线程标记为“偏向”状态，后续若该线程再获取该锁，几乎没有开销。
2. 轻量级锁：当另一个线程尝试获取已经被偏向的锁时，锁会升级为轻量级锁，使用 CAS 操作来减少锁竞争的开销。
3. 重量级锁：当 CAS失败无法获取锁，锁会升级为重量级锁，线程会被挂起，直到锁被释放。

5、synchronized 优缺点

✅ 优点

• JVM 原生支持，代码清晰，语义明确；
• 安全可靠，能保证原子性 + 可见性；
• 随着 JDK 优化，性能越来越好（偏向锁、轻量锁加持）；

❌ 缺点

• 粒度粗：只能整个方法或代码块上锁；
• 无法中断锁请求；
• 不灵活：不支持公平/非公平、超时等待等（相比 Lock）