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`synchronized` 在 Java 虚拟机中的实现原理是什么

发布时间:2025-02-06 22:51:40 来源:亿速云 阅读:140 作者:小樊 栏目:编程语言

synchronized 是 Java 提供的用于实现线程同步的关键字。它的实现原理主要依赖于 JVM 的对象监视器(Monitor)机制,包括对象头、锁的状态以及锁的升级过程。以下是 synchronized 在 Java 虚拟机中的实现原理的详细说明:

对象头(Object Header)

  • 每个 Java 对象都有一个 监视器(Monitor),它存储在对象头中。对象头包含 Mark WordClass Metadata Address 等信息。
  • Mark Word 用于存储锁的信息,如锁标志位、线程 ID 等。根据锁的状态,Mark Word 的内容会动态变化。

锁的状态和升级

synchronized 锁支持多种状态,并可以在运行时动态升级:

  1. 无锁状态:初始状态,没有锁机制,适用于没有线程竞争的场景。
  2. 偏向锁状态:如果锁只被一个线程访问,偏向锁通过存储线程 ID 来减少无竞争的加锁开销。
  3. 轻量级锁状态:当有多个线程尝试访问锁时,偏向锁升级为轻量级锁。轻量级锁使用 CAS 操作来避免线程阻塞。
  4. 重量级锁状态:当锁竞争激烈时,轻量级锁会升级为重量级锁,通过操作系统的互斥锁来实现同步。

监视器锁(Monitor)

  • 每个对象都有一个与之关联的监视器锁。线程在进入 synchronized 代码块时,会尝试获取对象的监视器锁。
  • 如果锁已被其他线程占用,当前线程会被阻塞,直到锁被释放。

同步代码块的实现

  • 同步代码块使用 monitorentermonitorexit 指令来实现。这两个指令分别对应线程进入和退出同步代码块的操作。
  • 在编译后的字节码中,synchronized 代码块会包含 monitorentermonitorexit 指令,确保锁的正确获取和释放。

锁的释放

  • 当线程退出 synchronized 方法或代码块时,会释放监视器锁,唤醒其他处于等待状态的线程。

通过上述机制,synchronized 关键字在 Java 虚拟机中提供了一种高效且可靠的线程同步机制,确保了多线程环境下的数据一致性和线程安全。

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