Java 并发：同步关键字的底层奥秘与面试攻略

在 Java 并发的浩瀚世界中，synchronized 犹如一颗璀璨的明星，指引着开发者安全地穿行于并发编程的复杂迷宫。本文将从底层数据结构出发，深入剖析 synchronized 的实现原理和锁升级流程，为读者揭开它的神秘面纱。同时，我们将提供宝贵的面试攻略，助力你征服 Java 并发的面试难题。

1. synchronized 的底层实现

synchronized 的强大源自其底层数据结构 —— 监视器 。监视器是一组对象，它封装了线程同步所必需的状态信息，包括：

• 对象锁： 一个二进制标记，表示对象是否被某个线程锁定。
• 等待队列： 存储等待获取锁的线程。
• 通知队列： 存储被锁定的线程释放锁后要唤醒的线程。

当一个线程想要访问被 synchronized 修饰的代码块时，它会尝试获取对象锁。如果锁被其他线程持有，该线程将被放入等待队列并进入等待状态。一旦对象锁被释放，等待队列中的第一个线程将被唤醒并获取锁。

2. 锁升级流程

为了提高并发的效率，synchronized 采用了锁升级机制。锁升级是指从低级锁类型逐渐升级到高级锁类型的过程，具体如下：

无锁 -> 偏向锁

当一个对象刚被创建时，它处于无锁状态。如果只有单一线程访问该对象，那么 JVM 会将该对象升级为偏向锁。偏向锁是一种轻量级锁，只允许单个线程获取锁。

偏向锁 -> 轻量级锁

如果多个线程同时访问该对象，偏向锁将升级为轻量级锁。轻量级锁也是一种轻量级锁，但它允许多个线程同时获取锁。

轻量级锁 -> 重量级锁

如果轻量级锁无法满足并发需求，那么它将升级为重量级锁。重量级锁是一种全局锁，它会阻塞所有其他线程获取锁。

锁升级流程是一个动态的过程，它根据对象的访问模式进行自动调整。

3. 面试攻略

掌握 synchronized 的原理对于 Java 并发面试至关重要。以下是常见的面试问题及应对方案：

• synchronized 的作用是什么？

synchronized 关键字用于保护临界区，防止多个线程同时访问共享数据，从而保证数据一致性和线程安全。

• synchronized 的底层实现是什么？

synchronized 使用监视器对象来管理对象锁、等待队列和通知队列。

• 锁升级流程是什么？

锁升级流程从无锁到偏向锁、轻量级锁再到重量级锁，以提高并发的效率。

• 如何避免死锁？

避免死锁的最佳方法是遵循以下原则：不要在不同的锁对象上持有嵌套锁，并尽量缩短锁的持有时间。

• 有哪些替代 synchronized 的并发机制？

替代 synchronized 的并发机制包括：ReentrantLock、ReadWriteLock、AtomicReference、volatile 等。

4. 结论

synchronized 是 Java 并发中不可或缺的一部分，理解它的原理和锁升级流程对于确保并发应用程序的正确性和效率至关重要。通过掌握本文提供的知识和面试攻略，你将能够自信地应对 Java 并发面试的挑战，并成为一名出色的 Java 并发程序员。