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synchronized 是什么？有什么用？

synchronized 是 Java 中的一个关键字，翻译成中文是同步的意思，主要解决的是多个线程之间访问资源的同步性，可以保证被它修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有一个线程执行。

在 Java 早期版本中，synchronized 属于 重量级锁，效率低下。这是因为监视器锁（monitor）是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock 来实现的，Java 的线程是映射到操作系统的原生线程之上的。如果要挂起或者唤醒一个线程，都需要操作系统帮忙完成，而操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到内核态，这个状态之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较高。

不过，在 Java 6 之后， synchronized 引入了大量的优化如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销，这些优化让 synchronized 锁的效率提升了很多。因此， synchronized 还是可以在实际项目中使用的，像 JDK 源码、很多开源框架都大量使用了 synchronized 。

关于偏向锁多补充一点：由于偏向锁增加了 JVM 的复杂性，同时也并没有为所有应用都带来性能提升。因此，在 JDK15 中，偏向锁被默认关闭（仍然可以使用 -XX:+UseBiasedLocking 启用偏向锁），在 JDK18 中，偏向锁已经被彻底废弃（无法通过命令行打开）。

Java 对象头

以 32 位虚拟机为例：

Monitor（锁、重量锁）

Monitor 被翻译为 监视器 或 管程 。如果使用重量级锁给对象上锁，那么对象会通过对象头的 Mark Word 关联一个 Monitor。

1. 对象锁（监视器锁）的实现原理：
   • 在 Java 中，对象锁是基于 Java 虚拟机内部的 监视器（monitor）机制 来实现的。
   • Java 虚拟机会自动为每个 Java 对象创建一个 monitor 对象。
   • 当使用 synchronized 关键字修饰一个代码块或方法时，程序实际上就是在请求获取该对象上的 monitor 锁，以便对代码块或方法单独执行的控制
2. 对象锁的状态：
   • 对象锁的状态是记录在对象头中的 Mark word 区域。
   • 当锁状态为 重量级锁（锁标识位=10）时，Mark word 中会记录指向 Monitor 对象的指针，也称为 管程或 监视器锁。
   • 每个对象都存在着一个与之关联的 Monitor 对象。
3. Monitor 对象的基本成员：
   • _owner：指向持有 Monitor 对象的线程。
   • _WaitSet：存放处于 wait() 状态的线程队列，即调用 wait() 方法的线程。
   • _EntryList：存放处于等待锁（block）状态的线程队列。
   • _count：约为 _WaitSet 和 _EntryList 的节点数之和。
   • _cxq：多个线程争抢锁时，会先存入这个单向链表。
   • _recursions：记录重入次数。
4. ObjectMonitor 的基本工作机制：
   • 当多个线程同时访问一段同步代码时，首先会进入 _EntryList 队列中。
   • 某个线程获取到对象的 Monitor 后进入临界区域，并将 Monitor 中的 _owner 变量设置为当前线程，同时 _count 加 1，即获得对象锁。
   • 若持有 Monitor 的线程调用 wait() 方法，将释放当前持有的 Monitor，_owner 变量恢复为 null，_count 自减 1，同时该线程进入 _WaitSet 集合中等待被唤醒。
   • 在 _WaitSet 集合中的线程会被再次放到 _EntryList 队列中，重新竞争获取锁。
   • 线程解锁后还会唤醒之前等待的线程。

字节码指令理解 synchronized