深入理解Java Synchronized：基础、进阶与JVM优化

本文是一篇深度解析Java中`synchronized`关键字的长篇文章，适合对并发编程有一定了解但对底层实现感兴趣的读者阅读。文章分为两个主要部分：synchronized基础和synchronized进阶。 一、synchronized基础 1.1 synchronized的使用： `synchronized`关键字在Java中用于同步代码块或方法，以保证并发访问的线程安全。它通过锁定特定的监视器（锁）来实现。对于实例方法，synchronized锁定的是当前实例对象（即方法调用者）；静态方法则锁定类的class对象。代码块使用`this`关键字锁定当前实例对象，而静态代码块锁定类的class对象。 1.2 特点： `synchronized`提供了原子性（保证在同一时刻只有一个线程执行）、可见性（新修改的共享变量对其他线程可见）和有序性（按照编译顺序执行）。它是Java中最基本的并发控制机制，适用于大部分并发场景。 二、synchronized进阶 2.1 对象头： Java对象头包含了锁状态信息，包括偏向锁、轻量级锁和重量级锁等不同类型的锁信息。这些锁状态直接影响了锁的获取和释放过程。 2.2 同步实现原理： Java 1.6引入了两种优化：偏向锁和轻量级锁。偏向锁是一种低开销的锁模式，当一个线程频繁访问一个对象时，会偏向于这个对象，直到其他线程竞争时才会升级到轻量级锁或重量级锁。轻量级锁则是基于CAS（Compare and Swap）操作，避免了传统的偏向锁带来的缓存失效问题。 2.3 锁升级与释放： - 倾向锁的撤销和关闭：当多个线程竞争同一对象时，偏向锁会被撤销，转为轻量级锁，然后可能升级为重量级锁。关闭偏向锁是为了处理极端情况下的死锁。 - 轻量级锁的加锁和解锁：在轻量级锁阶段，如果锁竞争激烈，可能会触发锁膨胀，最终变为重量级锁。解锁则遵循一定的条件，例如持有锁的线程被中断或执行完代码块。 2.4 JVM的monitor实现： JVM中的monitor（也称为监视器锁）是实现`synchronized`的关键部分。线程获取锁的过程涉及monitor的获取和释放，如通过`wait()`、`notify()`和`notifyAll()`方法进行线程间的协作。 文章通过实例演示和理论阐述，深入剖析了`synchronized`在并发环境中的行为，从基础概念到高级特性，再到JVM内部的实现机制，为读者提供了全面理解Java并发控制的视角。阅读本文可以帮助读者更深入地掌握synchronized关键字在实际编程中的运用及其背后的复杂性。