Java synchronized机制与优化：monitor、CAS与偏向锁解析

"Java 之 synchronized 实现机制（monitor）及其优化（CAS 操作、Java 对象头、偏向锁）" 在 Java 中，`synchronized` 关键字用于实现线程同步，确保对共享资源的访问是互斥的，防止数据的不一致性。其背后的实现机制是基于 monitor 对象，也就是常说的对象锁。在 JDK 1.6 之前，`synchronized` 被视为重量级锁，因为它涉及到操作系统级别的互斥锁，导致性能开销较大。 当线程进入同步代码块或同步方法时，会执行 `monitorenter` 指令，尝试获取 monitor 对象。如果当前对象的 monitor 计数器为 0，表示没有其他线程持有该锁，此时线程可以成功获取锁，并将计数器加 1。如果已有线程持有锁（计数器不为 0），则当前线程会被阻塞，直到持有锁的线程执行 `monitorexit` 指令释放锁。值得注意的是，由于异常处理机制，每个 `monitorenter` 必须对应至少一个 `monitorexit`，以确保在异常情况下也能正确释放锁。 在 JDK 1.6 及之后的版本中，为了优化 `synchronized` 的性能，引入了多种锁优化策略，包括： 1. 偏向锁：在多线程竞争不激烈的情况下，首次获取锁的线程会在对象头中记录自己的线程 ID，后续该线程再次请求同一锁时，无需进行 CAS 操作，直接判断线程 ID 是否一致即可。这样减少了锁的获取和释放的开销。 2. 轻量级锁：当多线程竞争加剧，但仍然没有发生锁膨胀时，使用 CAS 操作尝试无锁升级为轻量级锁。轻量级锁通过 CAS 操作更新对象头中的锁状态，避免了线程上下文切换的开销。 3. 重量级锁：当锁升级到轻量级锁失败时，就会膨胀为重量级锁，此时会使用操作系统级别的互斥锁，导致线程被挂起，性能下降。 CAS（Compare And Swap）操作是无锁编程的一种实现方式，属于乐观锁的范畴。乐观锁假设并发环境中冲突较少，因此在读取数据时不会加锁，只有在更新数据时才会使用 CAS 操作检查数据是否被其他线程修改过。如果数据未被修改，更新成功；如果数据已被修改，则更新失败，线程会重试。这种机制避免了线程间的阻塞，提高了系统并发性能。 总结来说，`synchronized` 在 Java 中通过 monitor 对象实现线程同步，JDK 1.6 后通过一系列优化策略如偏向锁、轻量级锁降低了锁的开销，而 CAS 操作是无锁编程的一种手段，适用于冲突不频繁的情况，以提高并发性能。理解这些机制有助于更好地设计和优化多线程程序。