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Synchronized原理

首先要介绍一下Object对象锁。在Java中，每个实例都有一个关联的Monitor锁。当线程进入synchronized代码块时，会尝试获取Object对应的Monitor。

使用monitorenter指向同步代码块开始的位置，monitorexit指向同步代码块结束的位置

两个monitorexit，一个对应正常退出，一个对应异常退出。

JVM执行monitorenter指令时，会尝试获取对象的监视器锁。如果锁是空闲的，那么线程获取锁，继续执行。如果锁已被其他线程占有，那么线程阻塞，等待锁释放。

monitor底层基于操作系统的互斥量来实现

synchronized 修饰的方法并没有 monitorenter 指令和 monitorexit 指令，取而代之的是 ACC_SYNCHRONIZED 标识，该标识指明了该方法是一个同步方法。JVM 通过该 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志来辨别一个方法是否声明为同步方法，从而执行相应的同步调用。如果是实例方法，JVM 会尝试获取实例对象的锁。如果是静态方法，JVM 会尝试获取当前 class 的锁。

构造方法是否可以用synchronized修饰

构造方法不能使用 synchronized 关键字修饰。不过，可以在构造方法内部使用 synchronized 代码块。

另外，构造方法本身是线程安全的，但如果在构造方法中涉及到共享资源的操作，就需要采取适当的同步措施来保证整个构造过程的线程安全。

synchronized锁实例和锁类的class对象

参考Java synchronized 机制详解：实例锁与类锁，普通方法锁与静态方法锁的区别 - Astrylia小站

synchronized是可重入锁

synchronized 是一种可重入锁，意思是同一个线程在持有某个对象的锁之后，可以再次获取该对象的锁而不会被阻塞。在 JVM 中，每个对象都关联一个 Monitor 监视器。当一个线程第一次获取锁时，JVM 会将该线程记录为持有者，并将重入计数器设置为 1。 如果该线程再次进入同一个 synchronized 方法或代码块，JVM 会检测到它已经是锁的持有者，于是允许重入，并将计数器加 1。 当该线程退出同步块时，计数器减 1，只有当计数器为 0 时，锁才会真正释放，其他线程才有机会获取这个锁。

synchronized锁升级

1. 无锁（No Lock）

对象刚创建时，没有被加锁。

2. 偏向锁（Biased Lock）

目的：优化 单线程重复加锁 的情况

  • 对象第一次被某个线程获取后，JVM 在对象头（Mark Word）中记录这个线程的 ID。
  • 同一个线程再次进入同步块时，只需比对线程 ID 是否一致，就可以直接进入，无需 CAS（高性能）。
  • 如果其他线程尝试获取锁 → 偏向锁会被撤销（撤销过程需要安全点、可能有 STW），进入下一阶段。

3. 轻量级锁（Lightweight Lock）

目的：优化 短时间内多线程交替加锁但无竞争 的情况

  • 当第二个线程尝试获取偏向锁时，JVM 会尝试使用 CAS 机制尝试加锁。
  • 若 CAS 成功，就会变成轻量级锁。
  • 在轻量级锁下，如果没有竞争，线程依然可以非常快地获取和释放锁。

如果 CAS 失败，说明出现了真实竞争，进入下一阶段。

4. 重量级锁（Heavyweight Lock）

目的：处理多个线程同时竞争锁的场景

  • JVM 将该对象的锁升级为重量级锁，涉及 Monitor（监视器）。
  • 被阻塞的线程会挂起（进入等待队列），等待锁释放。
  • 锁的获取与释放需要线程阻塞/唤醒，这是一种昂贵的系统调用（涉及上下文切换）。

锁的升级是单向的、不可降级的！

一旦进入更高级别的锁状态，不会降级为偏向锁或轻量级锁。

synchronized锁优化

  • 锁膨胀：synchronized 从无锁升级到偏向锁，再到轻量级锁，最后到重量级锁的过程
  • 锁消除：指的是在某些情况下，JVM 虚拟机如果检测不到某段代码被共享和竞争的可能性，就会将这段代码所属的同步锁消除掉，从而到底提高程序性能的目的。
  • 锁粗化：将多个连续的加锁、解锁操作连接在一起，扩展成一个范围更大的锁。