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synchronized在java中的原理分析

舞姬之光

舞姬之光

发布时间:2025-12-30 17:35:08

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来源于php中文网

原创

synchronized基于JVM监视器锁(monitor)实现,通过对象头、锁计数器与线程调度协同完成轻量到重量级的渐进式同步;锁对象为实例(this)、Class或指定引用;字节码分monitorenter/monitorexit指令与ACC_SYNCHRONIZED标志;支持偏向锁、轻量级锁、重量级锁动态升级;具备互斥性、可见性、有序性三大并发保障。

synchronized在java中的原理分析

synchronized 的核心是基于 JVM 的监视器锁(monitor)机制,它不是单纯靠操作系统互斥量实现的“重量级锁”,而是由对象头、锁计数器和线程调度协同完成的一套轻量到重量渐进式同步方案。

锁的底层载体是对象本身

每个 Java 对象在内存中都关联一个 monitor(管程),包含 _Owner(当前持有锁的线程)、_EntryList(等待获取锁的线程队列)、_WaitSet(调用 wait() 后挂起的线程队列)。synchronized 作用于对象时,本质就是对该对象 monitor 的申请与释放。

  • 修饰实例方法:锁的是 this 对应的对象实例
  • 修饰静态方法:锁的是当前类的 Class 对象
  • 修饰代码块:锁的是括号中指定的任意对象引用(可以是 this、new Object()、String 常量等)

字节码层面的两种实现方式

编译后,synchronized 不会生成统一的指令,而是根据使用场景分两类:

  • 同步代码块 → 插入 monitorentermonitorexit 指令;JVM 执行时检查目标对象 monitor 的 entry count:为 0 则抢占并设为 1;为正且当前线程已持有,则计数 +1(可重入);否则进入 _EntryList 阻塞等待
  • 同步方法 → 方法的 access flags 中添加 ACC_SYNCHRONIZED 标志;JVM 在调用该方法前自动尝试获取 monitor,方法返回(含异常退出)时自动释放

锁不是一成不变的:存在动态升级过程

JDK 6 起引入锁优化,同一把锁会根据竞争情况在运行时改变形态:

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  • 偏向锁:无竞争时,直接将线程 ID 记入对象头 Mark Word,后续同一线程重入无需同步操作
  • 轻量级锁:出现少量竞争,用 CAS 尝试将对象头替换为指向中锁记录的指针,失败则膨胀
  • 重量级锁:高竞争下,monitor 进入操作系统互斥量模式,线程真正挂起/唤醒

升级不可逆,但偏向锁可被撤销(如其他线程竞争)。

它不只是加锁:还提供三大并发保障

synchronized 天然具备:

  • 互斥性:确保临界区最多一个线程执行
  • 可见性:锁释放前对共享变量的修改,对后续获得该锁的线程立即可见(通过内存屏障保证)
  • 有序性:禁止临界区内的指令重排序(JMM 层面的 happens-before 约束)

不复杂但容易忽略。

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