Java同步的底层实现与锁机制的密切关系

对于开发者而言，深入了解Java并发编程至关重要。而深入理解synchronized的底层实现，对于掌握并发编程技术更是必不可少的。本文将详细阐述synchronized的底层机制，并揭示其与锁之间的密切关系，为读者提供一个清晰的视角。

synchronized的本质：重量级锁

synchronized是一个重量级锁，这意味着它在获取和释放锁的过程中会带来额外的开销。与轻量级锁相比，重量级锁往往会带来更大的性能消耗。

当一个线程试图获取synchronized锁时，它需要执行以下步骤：

1. 尝试获取锁。
2. 如果锁不可用，则线程会被挂起，进入等待队列。
3. 当锁被释放时，等待队列中的第一个线程将被唤醒并获取锁。

锁对象的含义

synchronized关键字只能作用于对象。也就是说，每个对象都有一个与其关联的锁。当一个线程获取一个对象的锁时，该线程就获得了对该对象的独占访问权。其他线程只能等到该锁被释放后才能访问该对象。

对象头与锁标志位

在Java中，每个对象都有一个对象头。对象头包含有关对象自身的信息，例如哈希码和GC信息。此外，对象头还包含一个锁标志位，该标志位用于指示对象是否被锁定。

当一个线程获取一个对象的锁时，它会将对象的锁标志位设置为true。其他线程在尝试获取该锁时，会检查锁标志位。如果锁标志位为true，则线程会被挂起并进入等待队列。

监视器模式的实现

synchronized关键字的底层实现基于监视器模式。监视器模式是一种并发编程模式，它使用一个叫做监视器的对象来管理对共享资源的访问。

在Java中，每个对象都是一个监视器。当一个线程获取一个对象的锁时，它就获得了该监视器的所有权。其他线程只能在释放监视器所有权后才能访问该对象。

性能影响

如前所述，synchronized是一个重量级锁，因此会带来一些性能影响。这些影响包括：

• 获取锁和释放锁的开销 ：获取和释放synchronized锁需要进行一些底层的操作，这会带来额外的开销。
• 线程挂起和唤醒的开销 ：当一个线程试图获取一个不可用的锁时，它会被挂起并进入等待队列。当锁被释放时，等待队列中的第一个线程会被唤醒。这些操作也会带来额外的开销。
• 资源争用 ：当多个线程竞争同一个锁时，可能会发生资源争用。这会导致线程长时间挂起，从而降低系统的整体性能。

替代方案

在某些情况下，可以使用其他轻量级的并发机制来替代synchronized。例如，可以使用ReentrantLock或AtomicInteger等类来实现更细粒度的锁控制。这些机制的开销往往比synchronized更小，但使用起来也更复杂。

结论

深入理解synchronized的底层实现对于掌握Java并发编程至关重要。synchronized是一个重量级锁，它基于监视器模式实现，并与锁对象密切相关。虽然synchronized提供了一种简单的方法来保护共享资源，但它也可能带来一些性能影响。在选择并发机制时，需要权衡synchronized的优点和缺点，并根据具体需求选择最合适的机制。