synchronized锁的原理?

# 1) 它到底锁了谁？ * `synchronized(obj){…}` 与 `synchronized` 方法本质都是对\*\*某个对象的监视器（monitor）\*\*加锁。 * 实现形态： * 代码块：字节码 `monitorenter` / `monitorexit`。 * 方法：方法标志位 `ACC_SYNCHRONIZED`，JVM 在方法进入/退出处隐式插 `monitorenter/monitorexit`。 * `static synchronized` 锁的是 `Class` 对象；实例方法锁的是**当前实例**。 # 2) 对象头与锁状态（Mark Word） 对象头里有个 **Mark Word** 保存锁状态与元信息（哈希、年龄、锁标志等）。HotSpot 用它做“**轻量级**”的快速加锁；必要时再**膨胀**为重锁： * **无锁**：普通 Mark Word（可能含哈希）。 * **轻量级锁**（Thin/Lightweight）：把 Mark Word **CAS** 替换为指向栈上“锁记录（Lock Record）”的指针，表示该线程持有；重入时只在栈上叠加计数。 * **重量级锁**（Inflated/Monitor）：竞争激烈或自旋失败，锁“膨胀”为 `ObjectMonitor`，包含 `_owner`、`_EntryList`、`_WaitSet` 等结构；阻塞/唤醒用 `park/unpark`。 > 偏向锁（Biased）曾用于无竞争的单线程场景以消除CAS；JDK15默认禁用，JDK18移除，面试可一句话带过。 # 3) 获取与释放（快路径→自旋→阻塞） **获取（简化伪流程）：** 1. **尝试轻量级加锁**：当前线程用 CAS 把对象 Mark Word 置为“指向我栈上锁记录”。成功→进入临界区。 2. **自旋**：若失败（可能因并发），先短暂**自旋**等待持有者释放（自适应自旋：历史成功率高就多转几圈）。 3. **膨胀为重量级**：自旋仍失败或发生阻塞条件 → 创建/复用 `ObjectMonitor`，将等待线程入 **EntryList**，`park()` 阻塞，等待持有者 `unpark()`。 **释放：** * 轻量级：把栈上锁记录还原回 Mark Word（CAS），若有等待者可能触发唤醒。 * 重量级：`ObjectMonitor` 的 `_owner` 释放，唤醒（通常唤一个）EntryList 的后继节点竞争。 > HotSpot 不是严格公平锁，存在 **barging**（新来的可能插队获取），吞吐更好但**不保证先来先得**。 # 4) 可重入、等待队列与 `wait/notify` * **可重入**：同一线程重复进入同一把锁会累加“重入计数”（轻锁存于栈锁记录；重锁存于 `ObjectMonitor._recursions`）。 * **`wait/notify` 必须在同步块内**： * `wait()`：当前线程从 **同步队列** 移到 **WaitSet**，并**释放锁**；被 `notify/notifyAll` 唤醒后回到 EntryList 重新竞争锁。 * `notify()`：从 WaitSet 挑一个（或全部）移动到 EntryList，**不等于立刻获得锁**。 # 5) 内存语义（JMM） * **解锁 → 加锁** 之间存在 *happens-before*：解锁前写入对随后获得同一把锁的线程**可见**。 * JVM 在 `monitorenter/monitorexit` 附近插入 **Acquire/Release 屏障**，保证有序与可见性。 * 因此 `synchronized` 既提供**互斥**也提供**可见性**，语义等价于“`volatile` 的可见性 + 互斥进入”。 # 6) 性能相关的几个点 * **自旋 + 自适应**：短临界区不必阻塞，减少上下文切换。 * **锁粗化 / 锁消除**：JIT 基于**逃逸分析**把临近的小锁合并（粗化），或证明对象不逃逸直接去掉锁（消除）。 * **避免在临界区做慢操作**：IO/远程调用/大对象分配会拉长持锁时间，放大竞争。 * **异常安全**：不论正常退出还是异常，JVM 都会确保执行 `monitorexit`（字节码结构保证）。 # 7) 与 `ReentrantLock` 的差异速记 * `synchronized`：语义简单、**自动释放**、不可中断获取、无超时、无多条件队列；JIT 优化好，适合大多数场景。 * `ReentrantLock`：基于 **AQS**，支持**可中断**、**可超时**、**公平策略**、**多个 `Condition`**，功能更丰富。 # 8) 实战建议 * **临界区要短小**；不要在锁内做网络/磁盘。 * 尽量**缩小锁粒度**，必要时拆分锁（读写锁/分段锁）。 * 只在需要的共享资源上加锁；能不共享就用 **ThreadLocal/消息** 解耦。 * `wait()` 配合 `while` 重新检条件，防**虚假唤醒**；`notifyAll()` 用于多个条件可能成立的场景。 一句话总结： `synchronized` 通过 **对象头 Mark Word + CAS + 自旋** 实现轻量竞争，必要时**膨胀为 `ObjectMonitor`** 用队列阻塞/唤醒；它提供**互斥 + 可见性**，是 JVM 级别的“内置锁”，简单可靠，绝大多数同步场景足够好用。