深入理解Java synchronized：对象锁、自旋与公平竞争

本文档主要探讨的是Java中的`synchronized`锁机制，特别是针对对象锁（也称为重量锁或对象监视器）在多线程环境下的工作原理。synchronized关键字在方法或代码块上添加锁，确保同一时刻只有一个线程能够访问被锁定的代码。对象头中的Tag字段的前两位用于标识锁类型，当Tag值为10时，表示当前是对象锁，Monitor address则指向该对象的重量锁地址。 当多个线程尝试获取同一个synchronized对象的锁时，它们会被组织在一个线程排队队列中，线程会进入阻塞状态。此时，线程调度的公平性由synchronized的特性决定：如果是非公平锁，最先到达的线程可能会优先获取锁，而公平锁则按照线程等待时间顺序来分配。如果持有锁的线程调用`wait()`方法，会释放锁并进入`wait`线程集合，而`notify()`或`notifyAll()`方法会唤醒等待的线程。 然而，频繁的阻塞和唤醒操作对CPU性能有负面影响，因为这涉及到从用户态切换到核心态，耗时且资源消耗较大。鉴于许多情况下，对象锁的锁定状态时间短暂，引入了自旋锁的概念。自旋锁意味着线程在获取锁失败时不立即阻塞，而是进行一个循环检查，直到锁被释放。这种方式虽然可能导致不公平竞争，但能提高吞吐量和执行效率，尤其是在短锁持有期间。 自旋锁的优点是避免了线程阻塞和唤醒的开销，但缺点是如果线程长时间无法获取锁，可能会造成CPU过度占用。因此，现代JVM通常采用自适应自旋锁策略，根据实际情况动态调整自旋次数，以平衡性能和资源使用。 总结来说，本文详细介绍了`synchronized`锁的内部机制，包括对象锁的实现、线程间的同步过程以及自旋锁在减少系统开销和提高效率方面的应用。理解这些概念对于深入研究并发编程和优化程序性能至关重要。