Java中synchronized的实现原理是什么？

synchronized 就是 Java 的“锁王”，它保证多个线程同时访问时，大家不会互相干扰，操作能井然有序。

它的工作原理是通过 JVM 的 “Monitor 锁” 和对象里的 “身份证”——Mark Word 来实现的，确保线程安全。

简单来说：

同一时间，只有拿到锁的线程才能执行操作，其他线程只能排队等着。
通过这种方式，synchronized 确保了每次只有一个线程在进行操作，避免数据混乱或错误。
总结：
synchronized 就是 Java 中的“锁王”，它确保线程之间按顺序执行，不会互相干扰，保证了线程安全。

知识内容

synchronized 的实现原理
synchronized 的底层实现依赖于 JVM 的 Monitor 机制和对象头中的 Mark Word。

Monitor 机制：每个 Java 对象都可以关联一个 Monitor，它负责管理线程的互斥访问。当一个线程进入 synchronized 代码块时，它会尝试获取对象的 Monitor 锁。如果锁被其他线程持有，当前线程会被阻塞，直到锁被释放。🔒
对象头和 Mark Word：每个 Java 对象在内存中都有一个对象头，其中最重要的部分是 Mark Word。Mark Word 记录了对象的锁状态和锁信息，它会根据锁的状态动态变化。🔍
2. 锁的升级过程
synchronized 的锁会根据线程竞争的激烈程度动态升级，分为以下三个阶段：

2.1 偏向锁
适用场景：只有一个线程访问同步代码块。
实现原理：JVM 会将 Mark Word 中的偏向锁标志设置为 1，并记录当前线程的 ID。当该线程再次访问同步代码块时，JVM 会直接放行，无需加锁操作。
优点：减少锁的开销，适合单线程场景。
撤销：当另一个线程尝试获取锁时，偏向锁会被撤销，升级为轻量级锁。🔄
2.2 轻量级锁
适用场景：多个线程交替访问同步代码块，但没有激烈的竞争。
实现原理：
线程会在自己的栈帧中创建一个锁记录（Lock Record），并将 Mark Word 的内容复制到锁记录中。
然后通过 CAS（Compare And Swap）操作将 Mark Word 替换为指向锁记录的指针。
如果 CAS 成功，线程获取锁；如果失败，说明有竞争，锁会升级为重量级锁。
优点：避免线程挂起，减少上下文切换的开销。🚀
2.3 重量级锁
适用场景：多个线程激烈竞争锁资源。
实现原理：JVM 会创建一个 Monitor 对象，并将 Mark Word 指向该对象。未获取到锁的线程会被挂起，进入阻塞状态，直到锁被释放。
缺点：涉及线程挂起和唤醒，开销较大。🚫
3. synchronized 的字节码实现
synchronized 的实现会体现在字节码中，具体分为两种情况：

3.1 修饰方法
在方法的访问标志中加上 ACC_SYNCHRONIZED 标志。
JVM 会在方法调用时自动加锁，方法结束时自动解锁。🔑
3.2 修饰代码块
编译器会在代码块前后插入 monitorenter 和 monitorexit 指令。
monitorenter：尝试获取锁。
monitorexit：释放锁。
示例代码：

public class SyncExample {
public synchronized void syncMethod() {
// 同步方法
}

public void syncBlock() {
    synchronized (this) {
        // 同步代码块
    }
}

}

字节码分析：

同步方法： ACC_SYNCHRONIZED 标志。
同步代码块： monitorenter 和 monitorexit 指令。🔍
4. 锁优化的高级操作

为了提高 synchronized 的性能，JVM 引入了多种优化技术：

4.1 自适应自旋

线程在获取锁失败时，会先进行一段时间的自旋（忙等待），而不是直接挂起。
自旋的时间会根据之前的锁竞争情况动态调整。🔄
4.2 锁消除

JVM通过逃逸分析判断某些锁是否不会被多线程共享。
如果锁不会被共享，JVM 会直接消除锁操作，减少开销。🔍
4.3 锁粗化

如果一段代码中频繁加锁和解锁，JVM 会将多个锁操作合并为一个，减少锁的开销。🔗

synchronized 的可重入性

synchronized 是可重入锁，即同一个线程可以多次获取同一把锁。每次进入同步代码块时，锁的计数器加 1；退出时，计数器减 1。
只有当计数器归零时，锁才会被真正释放。🔄

代码演示

修饰方法的 synchronized

public class SyncMethodExample {
public synchronized void syncMethod() {
System.out.println(“进入同步方法”);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“退出同步方法”);
}

public static void main(String[] args) {
    SyncMethodExample example = new SyncMethodExample();
    Thread t1 = new Thread(example::syncMethod);
    Thread t2 = new Thread(example::syncMethod);
    t1.start();
    t2.start();
}

}

输出结果：
进入同步方法
退出同步方法
进入同步方法
退出同步方法
说明：syncMethod 是同步方法，同一时间只有一个线程可以执行该方法。🔑

修饰代码块的 synchronized

public class SyncBlockExample {
private final Object lock = new Object();

public void syncBlock() {
    synchronized (lock) {
        System.out.println("进入同步代码块");
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("退出同步代码块");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    SyncBlockExample example = new SyncBlockExample();
    Thread t1 = new Thread(example::syncBlock);
    Thread t2 = new Thread(example::syncBlock);
    t1.start();
    t2.start();
}

}

输出结果：
进入同步代码块
退出同步代码块
进入同步代码块
退出同步代码块
说明：syncBlock 中的代码块使用 synchronized 修饰，同一时间只有一个线程可以进入该代码块🔑

可重入锁示例

public class ReentrantExample {
public synchronized void methodA() {
System.out.println(“进入 methodA”);
methodB();
}

public synchronized void methodB() {
    System.out.println("进入 methodB");
}

public static void main(String[] args) {
    ReentrantExample example = new ReentrantExample();
    Thread t = new Thread(example::methodA);
    t.start();
}

}

输出结果：
进入 methodA
进入 methodB
说明：methodA 和 methodB 都是同步方法，methodA 调用 methodB 时不会发生死锁，因为 synchronized 是可重入锁 🔄

锁消除示例

public class LockEliminationExample {
public void append(String s1, String s2) {
StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append(s1).append(s2);
}

public static void main(String[] args) {
    LockEliminationExample example = new LockEliminationExample();
    long start = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        example.append("Hello", "World");
    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("耗时：" + (end - start) + "ms");
}

}

说明：StringBuffer 的 append 方法是同步的，但 JVM 通过逃逸分析发现 sb 对象不会逃逸出方法，因此会消除锁操作🔍

总结
synchronized 是 Java 中实现线程同步的核心工具，其底层通过 Monitor 机制和
对象头中的 Mark Word 实现锁的管理。
锁的升级过程**（偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁）和优化技术（自适应自旋、锁消除、锁粗化）**使得
synchronized 在多线程环境中既能保证线程安全，又能兼顾性能。🚀

synchronized 不仅是一个简单的锁，更是一个智能的、动态优化的线程同步工具，适应了现代多核处理器和高并发场景的需求。
🎉 一句话总结：synchronized 是 Java 的“锁王”，
既能保证线程安全，又能通过动态升级和优化技术提升性能，是并发编程的得力助手！🎉