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Java synchronized底层实现原理

作为Java程序员在面试中，synchronized底层实现原理是高频考点。今天咱们从对象头、Monitor机制、锁升级三个维度，带大家透彻理解这个技术点。

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二、对象头才是synchronized的核心载体

每个Java对象在堆内存中都包含三部分：对象头、实例数据、对齐填充。其中对象头里存储着与synchronized直接相关的数据：

• Mark Word：记录对象的hashcode、分代年龄、锁状态标记（占62位）
• Klass Pointer：指向类元数据的指针（占32/64位）

当使用synchronized给对象加锁时，JVM会根据锁状态在Mark Word中写入不同信息。例如：

• 无锁状态：记录对象的hashcode
• 偏向锁：记录持有锁的线程ID
• 轻量级锁：记录指向栈中锁记录的指针
• 重量级锁：记录指向Monitor对象的指针

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三、Monitor机制如何实现线程互斥

很多面试官会追问："既然对象头里记录了锁状态，具体是怎么实现互斥的？"这就涉及到Monitor监视器锁机制：

1. 每个对象关联一个Monitor对象
2. 当线程执行到同步代码时，尝试通过CAS操作获取Monitor的_owner字段
3. 获取成功后，Monitor的计数器_recursions加1
4. 其他线程进入_EntryList队列等待
5. 释放锁时_recursions减至0，唤醒等待线程

这种机制会产生用户态与内核态的切换，所以早期synchronized被称为"重量级锁"。但在JDK6之后，JVM引入了锁升级机制进行优化。

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四、锁升级过程全解析

现在的synchronized会根据竞争情况自动升级锁状态，整个过程分为四个阶段：

1. 无锁状态
   新创建对象时的初始状态

2. 偏向锁
   当只有一个线程访问时，在Mark Word中记录线程ID
   （如果下次还是同一个线程，无需同步操作直接执行）

3. 轻量级锁
   有少量线程竞争时，通过CAS自旋获取锁
   （避免线程阻塞，适合短时间同步）

4. 重量级锁
   竞争激烈时，升级为操作系统级别的互斥锁
   （线程进入阻塞状态，依赖Monitor机制）

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五、高频面试题拆解

Q1：synchronized锁可以降级吗？

不能主动降级，只有在没有线程竞争时才会重置为无锁状态。但偏向锁可以被撤销重置。

Q2：自旋锁和自适应自旋的区别？

• 自旋锁：固定次数的循环尝试
• 自适应自旋：根据前一次自旋成功率动态调整次数

Q3：为什么说锁升级不可逆？

因为升级是基于竞争激烈程度的判断，降级需要满足严格条件，实际场景中线程竞争往往持续存在。

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掌握synchronized底层实现原理，不仅能提升面试通过率，对实际开发中的性能调优也大有帮助。如果想系统学习更多Java并发知识，可以查看2025年Java面试宝典。

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