作者 | 磊哥

來源 | Java面試真題解析（ID：aimianshi666）

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想了解 synchronized 是如何運行的？就要先搞清楚 synchronized 是如何實現？synchronized 同步鎖是通過 JVM 內置的 Monitor 監視器實現的，而監視器又是依賴操作系統的互斥鎖 Mutex 實現的，那接下來我們先來了解一下監視器。

監視器

監視器是一個概念或者說是一個機制，它用來保障在任何時候，只有一個線程能夠執行指定區域的代碼。

一個監視器像是一個建筑，建筑里有一個特殊的房間，這個房間同一時刻只能被一個線程所占有。一個線程從進入該房間到離開該房間，可以全程獨占該房間的所有數據。進入該建筑叫做進入監視器（entering the monitor），進入該房間叫做獲得監視器（acquiring the monitor），獨自占有該房間叫做擁有監視器（owning the monitor），離開該房間叫做釋放監視器（releasing the monitor），離開該建筑叫做退出監視器（exiting the monitor）。

嚴格意義來說監視器和鎖的概念是不同的，但很多地方也把二者相互指代。

底層實現

下面我們在代碼中添加一個 synchronized 代碼塊，來觀察一下它在字節碼層面是如何實現的？示例代碼如下：

public?class?SynchronizedToMonitorExample?{public?static?void?main(String[]?args)?{int?count?=?0;synchronized?(SynchronizedToMonitorExample.class)?{for?(int?i?=?0;?i?<?10;?i++)?{count++;}}System.out.println(count);} }

當我們將上述代碼編譯成字節碼之后，得到的結果是這樣的：從上述結果我們可以看出，在 main 方法中多了一對 monitorenter 和 monitorexit 的指令，它們的含義是：

• monitorenter：表示進入監視器。

• monitorexit：表示退出監視器。

由此可知 synchronized 是依賴 Monitor 監視器實現的。

執行流程

在 Java 中，synchronized 是非公平鎖，也是可以重入鎖。所謂的非公平鎖是指，線程獲取鎖的順序不是按照訪問的順序先來先到的，而是由線程自己競爭，隨機獲取到鎖?？芍厝腈i指的是，一個線程獲取到鎖之后，可以重復得到該鎖。這些內容是理解接下來內容的前置知識。在 HotSpot 虛擬機中，Monitor 底層是由 C++實現的，它的實現對象是 ObjectMonitor，ObjectMonitor 結構體的實現如下：

ObjectMonitor::ObjectMonitor()?{??_header???????=?NULL;??_count???????=?0;??_waiters??????=?0,??_recursions???=?0;???????//線程的重入次數_object???????=?NULL;??_owner????????=?NULL;????//標識擁有該monitor的線程_WaitSet??????=?NULL;????//等待線程組成的雙向循環鏈表，_WaitSet是第一個節點_WaitSetLock??=?0?;??_Responsible??=?NULL?;??_succ?????????=?NULL?;??_cxq??????????=?NULL?;????//多線程競爭鎖進入時的單向鏈表FreeNext??????=?NULL?;??_EntryList????=?NULL?;????//_owner從該雙向循環鏈表中喚醒線程結點，_EntryList是第一個節點_SpinFreq?????=?0?;??_SpinClock????=?0?;??OwnerIsThread?=?0?;?? }

在以上代碼中有幾個關鍵的屬性：

• _count：記錄該線程獲取鎖的次數（也就是前前后后，這個線程一共獲取此鎖多少次）。

• _recursions：鎖的重入次數。

• _owner：The Owner 擁有者，是持有該 ObjectMonitor（監視器）對象的線程；

• _EntryList：EntryList 監控集合，存放的是處于阻塞狀態的線程隊列，在多線程下，競爭失敗的線程會進入 EntryList 隊列。

• _WaitSet：WaitSet 待授權集合，存放的是處于 wait 狀態的線程隊列，當線程執行了 wait() 方法之后，會進入 WaitSet 隊列。

監視器執行的流程如下：

線程通過 CAS（對比并替換）嘗試獲取鎖，如果獲取成功，就將 _owner 字段設置為當前線程，說明當前線程已經持有鎖，并將 _recursions 重入次數的屬性 +1。如果獲取失敗則先通過自旋 CAS 嘗試獲取鎖，如果還是失敗則將當前線程放入到 EntryList 監控隊列（阻塞）。

當擁有鎖的線程執行了 wait 方法之后，線程釋放鎖，將 owner 變量恢復為 null 狀態，同時將該線程放入 WaitSet 待授權隊列中等待被喚醒。

當調用 notify 方法時，隨機喚醒 WaitSet 隊列中的某一個線程，當調用 notifyAll 時喚醒所有的 WaitSet 中的線程嘗試獲取鎖。

線程執行完釋放了鎖之后，會喚醒 EntryList 中的所有線程嘗試獲取鎖。

以上就是監視器的執行流程，執行流程如下圖所示：

總結

synchronized 同步鎖是通過 JVM 內置的 Monitor 監視器實現的，而監視器又是依賴操作系統的互斥鎖 Mutex 實現的。JVM 監視器的執行流程是：線程先通過自旋 CAS 的方式嘗試獲取鎖，如果獲取失敗就進入 EntrySet 集合，如果獲取成功就擁有該鎖。當調用 wait() 方法時，線程釋放鎖并進入 WaitSet 集合，等其他線程調用 notify 或 notifyAll 方法時再嘗試獲取鎖。鎖使用完之后就會通知 EntrySet 集合中的線程，讓它們嘗試獲取鎖。

參考資料

www.cnblogs.com/freelancy/p/15625602.html blog.csdn.net/qq_43783527/article/details/114669174 www.cnblogs.com/hongdada/p/14513036.html

是非審之于己，毀譽聽之于人，得失安之于數。

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總結

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