java 中说一下 synchronized 底层实现原理？

synchronized通过Monitor实现线程安全，同步代码块用monitorenter/monitorexit指令，同步方法靠ACC_SYNCHRONIZED标志。每个对象的对象头中Mark Word记录锁状态和线程信息，支持偏向锁（单线程无CAS）、轻量级锁（CAS竞争）到重量级锁（操作系统互斥量）的升级，不可降级。wait/notify基于Monitor的等待队列实现线程协作，整体通过JVM优化在低竞争下高效、高竞争下正确。

在 Java 中，synchronized 是用来保证线程安全的关键字，它的底层实现依赖于 JVM 对对象监视器（Monitor）的支持。synchronized 的实现主要基于对象头中的 Mark Word 和操作系统的互斥锁（Mutex Lock）机制。

1. synchronized 作用于代码块和方法的底层差异

synchronized 可以修饰代码块或方法，其底层实现略有不同：

• 同步代码块：通过 monitorenter 和 monitorexit 指令实现。JVM 在编译后会在同步块前后插入这两个指令，进入时获取 Monitor 锁，退出时释放。
• 同步方法：通过方法访问标志中的 ACC_SYNCHRONIZED 标志实现。当方法被调用时，JVM 会检查该标志，若有，则先尝试获取 Monitor，执行完后再释放。

2. Monitor（监视器）与对象头的关系

每个 Java 对象都可以作为锁，是因为每个对象在堆中都有一个对象头（Object Header），其中包含一个叫 Mark Word 的结构。Mark Word 在 64 位 JVM 中通常记录：

• 哈希码
• GC 分代年龄
• 锁状态标志（无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁）
• 线程持有信息（如持有线程 ID、指向栈帧的指针等）

当某个线程进入 synchronized 块时，JVM 会检查对象的 Mark Word 状态，根据当前情况决定是否升级锁。

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3. 锁的升级过程（偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁）

为了减少获取锁的开销，synchronized 实现了锁的优化策略，包括以下几种状态：

• 无锁状态：对象未被任何线程锁定。
• 偏向锁：适用于只有一个线程反复进入同步块的情况。第一次获取锁时，线程 ID 被记录在 Mark Word 中，之后该线程再进入无需 CAS 操作。
• 轻量级锁：当有第二个线程竞争时，偏向锁升级为轻量级锁。线程在自己的栈帧中建立锁记录（Lock Record），通过 CAS 将对象的 Mark Word 替换为指向锁记录的指针。
• 重量级锁：当竞争加剧（如多个线程自旋等待失败），JVM 将锁升级为重量级锁，此时依赖操作系统层面的互斥量（mutex），线程会进入阻塞状态，性能开销大。

锁只能升级不能降级，这是为了保证效率和安全性。

4. wait/notify 与 Monitor 的关系

Monitor 不仅用于互斥，还支持线程间的协作。当线程调用 wait() 方法时，它会释放 Monitor 并进入 Monitor 的等待队列；其他线程调用 notify() 或 notifyAll() 时，会唤醒等待队列中的线程重新竞争锁。

基本上就这些。synchronized 的高效之处在于 JVM 层面结合了对象头、CAS 操作和操作系统锁的综合优化，从偏向锁到重量级锁的动态升级机制，使得它在低竞争下性能很好，在高竞争下也能保证正确性。

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