嘿，大家好，我是你们的小米！今天咱们来聊一个面试中常常出现的题目，尤其是Java社招面试中，几乎是必问的经典问题：“synchronized底层是如何实现的？”
相信大家在学习Java的时候，synchronized这个关键词肯定不会陌生，它是我们用来实现多线程同步的一个常见工具。但是，很多同学可能知道如何使用它，却对它的底层实现原理不甚了解。而实际上，理解它的实现机制，尤其是JVM如何管理它，能帮助我们更好地优化多线程程序，避免性能瓶颈。
所以，今天这篇文章，我就来带大家从一个非常简单的面试题入手，逐步深入，讲解synchronized的底层实现原理，希望能让你在面试中脱颖而出。
synchronized的基础概念在我们深入原理之前，先快速回顾一下synchronized的基本概念。在Java中，synchronized关键字用来确保在一个时刻只有一个线程可以执行特定的代码块。它常见的应用场景包括：
同步方法：通过在方法声明前加上synchronized，来保证同一时间内只有一个线程能调用这个方法。
同步代码块：通过在代码块中加上synchronized，我们可以控制同步的粒度，指定一个对象作为锁，只有获得该锁的线程才能执行代码块。
说到这里，大家应该已经对synchronized的基本用法了然于心了。接下来，我们将目光聚焦到它的底层实现原理。
synchronized的底层实现原理1. monitor（监视器）
首先，我们要明白的是，synchronized底层的实现依赖于JVM中的monitor。每一个对象在JVM中都有一个与之关联的monitor，用来实现对该对象的锁定和释放。当一个线程想要进入一个被synchronized修饰的代码块时，它必须首先获得该对象的monitor。
每个Java对象的monitor实际上是由对象头（Object Header）中的一部分数据结构来实现的，这部分数据结构在JVM中被称为Monitor对象。这些Monitor对象保存了线程同步所需要的信息，包括：
锁的持有者（哪个线程持有锁）
等待该锁的线程列表
锁的状态信息
通过这些信息，JVM能够知道当前哪个线程持有锁，哪个线程正在等待，进而控制线程的执行顺序。
2. monitorenter和monitorexit指令
为了理解synchronized底层的实现，我们必须要知道JVM中如何通过字节码来实现这些锁操作。JVM通过两条关键的字节码指令来处理synchronized：
monitorenter：表示线程试图获取对象的锁。
monitorexit：表示线程释放对象的锁。
这两条指令是synchronized实现的核心部分，JVM在执行这些指令时，会对对象头中的Monitor对象进行相应的操作，确保只有一个线程能进入临界区。接下来，我们通过反汇编指令的方式，来看下这些指令是如何工作的。
3. monitorenter指令
当一个线程进入被synchronized修饰的代码块时，JVM会生成一个monitorenter指令。这条指令的作用就是让线程尝试获取该对象的monitor，如果锁被其他线程占用，当前线程将进入阻塞状态，直到获取到锁为止。换句话说，monitorenter指令执行的过程是加锁操作。
以以下代码为例：
在JVM编译后，对应的字节码中会包含如下的指令：
在这里，monitorenter指令会在获取锁时阻塞当前线程，直到获得锁为止。
4. monitorexit指令
当线程执行完synchronized代码块中的代码后，它需要释放该锁。此时，JVM会生成monitorexit指令，它的作用是将该对象的monitor释放，允许其他线程获取锁。
monitorexit指令保证了只有一个线程能够执行临界区的代码，且它在执行完之后会释放锁，让其他线程可以继续执行。
synchronized的加锁过程通过上述反汇编代码，我们可以看到synchronized的加锁过程是通过monitorenter指令来完成的。下面，我将简单地总结一下加锁的流程：
线程到达synchronized关键字修饰的代码块时，JVM生成monitorenter指令，尝试获取对象的锁。
如果该锁被其他线程持有，当前线程会进入等待状态，直到锁被释放。
如果锁未被占用，线程将获取该锁并进入临界区代码执行。
执行完毕后，线程通过monitorexit指令释放锁。
synchronized的解锁过程与加锁类似，synchronized的解锁是通过monitorexit指令来实现的。当线程执行完synchronized代码块后，JVM会执行monitorexit，释放锁。此时，其他等待该锁的线程将有机会获取锁，进入临界区执行。
synchronized的优化Java的synchronized并不是一成不变的，在JVM的实现中，它经过了多次优化，尤其是在JDK 1.6及之后的版本。为了提高并发性能，JVM引入了偏向锁、轻量级锁、重量级锁等优化策略。
1. 偏向锁（Biased Locking）
偏向锁是JVM在JDK 1.6中引入的一种优化机制，它的目的是减少多线程竞争时的加锁开销。当一个线程获得锁时，JVM会偏向这个线程，即使其他线程请求该锁，也不会立即进行锁的竞争。偏向锁的释放条件是锁的拥有者线程退出后，才会重新考虑锁的竞争。
2. 轻量级锁（Lightweight Locking）
当多个线程竞争同一个对象时，JVM会在加锁时使用轻量级锁，这比传统的互斥锁更高效。轻量级锁的机制是，通过在对象头中存储指针来指向锁的拥有者线程。只有当锁被竞争时，才会升级为重量级锁。
3. 重量级锁（Heavyweight Locking）
当多个线程在竞争锁时，JVM会将轻量级锁升级为重量级锁，此时会引入操作系统层面的锁。重量级锁是最为传统的锁机制，但它会导致线程的上下文切换，性能开销较大，因此JVM会尽量避免使用。
总结通过今天的学习，我们不仅了解了synchronized的基本概念，还深入探讨了它的底层实现原理。我们从monitor对象的概念入手，分析了JVM如何通过monitorenter和monitorexit字节码指令来实现加锁和解锁操作。
此外，我们还讲解了synchronized的一些优化策略，比如偏向锁、轻量级锁和重量级锁，这些优化大大提高了Java程序在多线程环境下的执行效率。
END理解这些底层原理，能让我们更好地运用synchronized，也能帮助我们在面试中展现自己的深厚技术功底。如果你正在准备Java社招面试，这个问题一定不要错过哦！
希望今天的文章对你有所帮助，我们下次再见！
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