synchronized作為Java程序員最常用同步工具，很多人卻對它的用法和實現原理一知半解，以至于還有不少人認為synchronized是重量級鎖，性能較差，盡量少用。

但不可否認的是synchronized依然是并發首選工具，連volatile、CAS、ReentrantLock都無法動搖synchronized的地位。synchronized是工作面試中的必備技能，今天就跟著一燈一塊深入剖析synchronized的底層原理。

1. synchronized作用

synchronized是Java提供一種隱式鎖，無需開發者手動加鎖釋放鎖。保證多線程并發情況下數據的安全性，實現了同一個時刻只有一個線程能訪問資源，其他線程只能阻塞等待，簡單說就是互斥同步。

2. synchronized用法

先看一下synchronized有哪幾種用法？

可以看到被鎖對象只要有兩種，實例對象和class類。

• 由于靜態方法可以通過類名直接訪問，所以它跟直接加鎖在class類上是一樣的。
• 當在實例方法、實例對象、this關鍵字上面加鎖的時候，鎖定范圍都是當前實例對象。
• 實例對象上面的鎖和class類上面的鎖，兩者不互斥。

3. synchronized加鎖原理

當我們使用synchronized在方法和對象上加鎖的時候，Java底層到底怎么實現加鎖的？

當在類對象上加鎖的時候，也就是在class類加鎖，代碼如下：

/**
 * @author 一燈架構
 * @apiNote Synchronized示例
 **/
public class SynchronizedDemo {

    public void method(){
        synchronized (SynchronizedDemo.class) {
            System.out.println("Hello world!");
        }
    }

}

反編譯一下，看一下源碼實現：

可以看到，底層是通過monitorenter和monitorexit兩個關鍵字實現的加鎖與釋放鎖，執行同步代碼之前使用monitorenter加鎖，執行完同步代碼使用monitorexit釋放鎖，拋出異常的時候也是用monitorexit釋放鎖。

寫成偽代碼，類似下面這樣：

/**
 * @author 一燈架構
 * @apiNote Synchronized示例
 **/
public class SynchronizedDemo {

    public void method(){
        try {
            monitorenter 加鎖;
            System.out.println("Hello world!");
            monitorexit 釋放鎖;
        } catch (Exception e) {
            monitorexit 釋放鎖;
        }
    }

}

當在實例方法上加鎖，底層是怎么實現的呢？代碼如下：

/**
 * @author 一燈架構
 * @apiNote Synchronized示例
 **/
public class SynchronizedDemo {

    public static synchronized void method(){
        System.out.println("Hello world!");
    }

}

再反編譯看一下底層實現：

這次只使用了一個ACC_SYNCHRONIZED關鍵字，實現了隱式的加鎖與釋放鎖。其實無論是ACC_SYNCHRONIZED關鍵字，還是monitorenter和monitorexit，底層都是通過獲取monitor鎖來實現的加鎖與釋放鎖。

而monitor鎖又是通過ObjectMonitor來實現的，虛擬機中ObjectMonitor數據結構如下（C++實現的）：

ObjectMonitor() {
    _header       = NULL;
    _count        = 0; // WaitSet 和 EntryList 的節點數之和
    _waiters      = 0,
    _recursions   = 0; // 重入次數
    _object       = NULL;
    _owner        = NULL; // 持有鎖的線程
    _WaitSet      = NULL; // 處于wait狀態的線程，會被加入到_WaitSet
    _WaitSetLock  = 0 ;
    _Responsible  = NULL ;
    _succ         = NULL ;
    _cxq          = NULL ; // 多個線程爭搶鎖，會先存入這個單向鏈表
    FreeNext      = NULL ;
    _EntryList    = NULL ; // 處于等待鎖block狀態的線程，會被加入到該列表
    _SpinFreq     = 0 ;
    _SpinClock    = 0 ;
    OwnerIsThread = 0 ;
  }

圖上展示了ObjectMonitor的基本工作機制：

當多個線程同時訪問一段同步代碼時，首先會進入 _EntryList 隊列中等待。

當某個線程獲取到對象的Monitor鎖后進入臨界區域，并把Monitor中的 _owner 變量設置為當前線程，同時Monitor中的計數器 _count 加1。即獲得對象鎖。

若持有Monitor的線程調用 wait() 方法，將釋放當前持有的Monitor鎖，_owner變量恢復為null，_count減1，同時該線程進入 _WaitSet 集合中等待被喚醒。

在_WaitSet 集合中的線程會被再次放到_EntryList 隊列中，重新競爭獲取鎖。

若當前線程執行完畢也將釋放Monitor并復位變量的值，以便其他線程進入獲取鎖。

線程爭搶鎖的過程要比上面展示得更加復雜。除了_EntryList 這個雙向鏈表用來保存競爭的線程，ObjectMonitor中還有另外一個單向鏈表 _cxq，由兩個隊列來共同管理并發的線程。