Synchronized解析

一、底层原理：Monitor机制

1. 对象锁与Monitor关联
   synchronized通过对象锁实现互斥，每个Java对象都可以关联一个Monitor（监视器），其底层由JVM用C++实现。当线程进入synchronized代码块时，会尝试获取与锁对象关联的Monitor所有权。

2. Monitor内部结构

   • Owner：记录当前持有锁的线程，同一时刻只能有一个线程成为Owner。
   • EntryList ：存储未抢到锁的线程，处于Blocked状态。
   • WaitSet ：存储调用wait()方法的线程，处于Waiting状态。

3. 锁竞争流程

   • 线程首次尝试获取锁时，若Owner为空，则成为Owner并执行同步代码。
   • 若Owner已被占用，线程进入EntryList阻塞。当Owner释放锁后，EntryList中的线程以非公平方式竞争锁。
   • 若线程在同步代码中调用wait()，则会释放锁并进入WaitSet等待唤醒。

二、锁升级机制（JDK 1.6优化）

1. 锁的三种形态

   • 偏向锁：通过Mark Word中的线程ID标记锁的偏向状态，适用于无竞争场景。
   • 轻量级锁：通过CAS操作替换Mark Word中的锁记录指针，适用于线程交替执行的低竞争场景。
   • 重量级锁：传统Monitor实现，涉及用户态与内核态切换，性能较低。

2. 升级条件

   • 偏向锁升级：当其他线程尝试获取偏向锁时，JVM会撤销偏向锁并升级为轻量级锁。
   • 轻量级锁升级：若CAS操作失败（竞争激烈），则膨胀为重量级锁。

三、与Lock的区别

1. 语法层面

   • synchronized是关键字，由JVM自动加锁/释放锁。
   • Lock是接口，需手动调用lock()和unlock()。

2. 功能层面

   • 共同点：均支持互斥、同步、锁重入（可重入性）。
   • 差异 ：Lock额外支持可中断、超时、公平锁、多条件变量等功能。

3. 性能层面

   • 无竞争时 ：synchronized通过偏向锁和轻量级锁优化，性能更优。
   • 高竞争时 ：Lock（如ReentrantLock）通常表现更好，因其减少了上下文切换。

四、使用方式

1. 修饰实例方法

   锁定当前对象实例（this），进入方法前需获取实例锁。

2. 修饰静态方法

   锁定类对象（Class对象），作用于所有实例。

3. 修饰代码块

   可指定任意对象（如synchronized(obj)）或类（synchronized(Class)）作为锁。

五、其他特性

1. 可重入性

   线程可重复获取同一把锁，避免死锁。例如，递归调用同步方法不会阻塞。

2. 锁释放

   线程执行完同步代码或抛出异常时，JVM自动释放锁，无需手动干预。