synchronized底层原理、和lock的区别

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一、synchronized的底层实现原理

作为Java开发者最熟悉的同步机制，synchronized底层其实是通过对象头的Mark Word实现的。当线程进入同步代码块时，JVM会自动给对象加锁，这个锁在JDK1.6之后会根据竞争情况从偏向锁升级到轻量级锁，最后升级为重量级锁。

每个Java对象都关联着一个Monitor（监视器），底层通过**操作系统互斥量（Mutex Lock）**实现线程阻塞。当发生锁竞争时，未获得锁的线程会被挂起进入等待队列，这种机制保证了原子性但会带来线程上下文切换的开销。

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二、Lock接口的实现特点

与synchronized不同，Lock是一个显式锁接口（如ReentrantLock），它基于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）框架实现。AQS内部维护了一个双向链表结构的等待队列，通过CAS操作控制线程的排队和唤醒。

Lock最核心的特性在于灵活性：

1. 支持非阻塞获取锁（tryLock）
2. 可中断等待（lockInterruptibly）
3. 支持公平锁与非公平锁策略
4. 提供Condition实现精准的条件唤醒

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三、synchronized和Lock的核心区别

1. 实现层级不同

synchronized是JVM层面的内置锁，而Lock是JDK层面的API。这意味着synchronized的优化（如锁消除、锁粗化）由编译器自动完成，而Lock需要开发者手动控制锁的获取和释放。

2. 锁的可见性保障

synchronized遵循JMM规范的happens-before原则，能自动保证共享变量可见性。而使用Lock时，必须结合volatile变量或Atomic类来保证内存可见性。

3. 异常处理机制

synchronized在代码块执行完毕或抛出异常时会自动释放锁，而Lock必须写在finally块中手动释放，否则可能导致死锁。

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四、如何选择同步工具

在高并发且需要精细控制锁的场景下（如限流、熔断），Lock是更好的选择。而synchronized适合简单的临界区保护，比如单例模式的双重检查锁。

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五、面试高频问题解析

1. synchronized锁升级过程

• 初始状态：无锁
• 首次线程访问：升级为偏向锁（Mark Word记录线程ID）
• 多个线程轻度竞争：升级为轻量级锁（CAS自旋）
• 重度竞争：膨胀为重量级锁（OS互斥量）

2. AQS如何实现可重入性

ReentrantLock通过内部Sync类维护了一个计数器（state变量），每次重入时state+1，释放锁时state-1，直到state=0才完全释放锁。

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六、避坑指南

• 避免在synchronized代码块中调用外部方法（可能引发死锁）
• Lock.unlock()必须放在finally块中
• 读写场景优先考虑ReadWriteLock而非synchronized

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