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Synchronized锁的实现原理

发布时间:2025-04-11 21:33:07 来源:亿速云 阅读:122 作者:小樊 栏目:编程语言

synchronized 是 Java 中的一个关键字,用于实现线程同步。它可以确保多个线程在访问共享资源时,同一时间只有一个线程能够执行特定的代码块或方法。synchronized 的实现原理主要依赖于 JVM 的监视器锁(monitor lock)机制。

以下是 synchronized 锁的实现原理:

1. 监视器锁(Monitor Lock)

每个 Java 对象都有一个与之关联的监视器锁。这个锁是一个互斥锁,意味着同一时间只有一个线程可以持有该锁。

2. 锁的状态

监视器锁有三种状态:

  • 无锁状态:对象刚被创建时,没有线程持有该对象的锁。
  • 偏向锁:当第一个线程访问同步代码块时,JVM 会将对象头中的线程 ID 设置为该线程的 ID,表示该线程偏向于持有这个锁。如果后续没有竞争,该线程再次访问同步代码块时可以直接进入,无需进行同步操作。
  • 轻量级锁:当第二个线程尝试获取锁时,如果第一个线程仍然持有锁,JVM 会将第一个线程的栈帧中的锁记录复制到对象头中,并将对象头中的线程 ID 修改为第二个线程的 ID。这样,两个线程都在自己的栈帧中操作锁记录,避免了进入操作系统层面的线程阻塞和唤醒,从而提高了性能。
  • 重量级锁:当多个线程竞争同一个锁时,轻量级锁会升级为重量级锁。此时,线程会被阻塞并放入等待队列中,直到锁被释放。重量级锁涉及到操作系统层面的线程调度,因此性能较低。

3. 锁的获取和释放

  • 获取锁:线程在进入同步代码块或方法时,会尝试获取对象的监视器锁。如果锁是无锁状态或偏向锁,并且当前线程是第一个访问该锁的线程,则可以直接获取锁。如果是轻量级锁,线程会尝试通过自旋等待获取锁。如果自旋等待失败,则会升级为重量级锁。
  • 释放锁:线程在退出同步代码块或方法时,会释放对象的监视器锁。此时,锁的状态会根据竞争情况恢复到无锁状态、偏向锁或轻量级锁。

4. 锁的公平性

synchronized 锁默认是非公平的,即线程获取锁的顺序不一定是按照请求锁的顺序。如果需要公平锁,可以使用 ReentrantLock 类,并设置其公平性参数为 true

5. 锁的优化

JVM 对 synchronized 锁进行了多种优化,例如:

  • 锁消除:如果编译器在运行时发现某个同步块实际上不会被多个线程访问,则会消除这个同步块。
  • 锁粗化:如果编译器在运行时发现一系列连续的同步块,它们访问的是同一个锁,则会将这些同步块合并为一个更大的同步块。

通过这些机制,synchronized 锁能够在保证线程安全的同时,尽可能地提高性能。

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