java面试题-深入解析Java中synchronized关键字的实现原理与优化技术

Java中的synchronized关键字是一种重要的同步机制，用于保证在运行时，同一时刻只有一个进程可以访问方法或代码块，同时确保共享变量的内存可见性。本教程将深入解析synchronized的实现原理，包括对象锁、方法锁、同步代码块、以及synchronized的优化技术。

1. synchronized基本概念

synchronized关键字可以用于修饰方法或代码块，确保在同一时刻只有一个线程可以执行被synchronized修饰的代码。在Java中，每个对象都可以作为锁，包括普通对象、类对象等。锁的获取和释放是基于对象的Monitor。

2. 同步方法与同步代码块

同步方法： 当方法被synchronized修饰时，它会被翻译成普通的方法调用和返回指令，但在方法表的access_flags字段中会被设置为synchronized标志，表示该方法是同步方法。锁对象是调用该方法的对象或方法所属的类的Class对象。

同步代码块： 使用synchronized修饰的代码块，会在代码块的开始位置插入monitorenter指令，在结束位置插入monitorexit指令。锁的获取和释放是基于对象的Monitor。

3. synchronized的实现原理

synchronized的实现基于对象的Monitor。在同步代码块的开始位置插入monitorenter指令，尝试获取对象的锁；在结束位置插入monitorexit指令，释放对象的锁。同步方法通过在方法表中设置synchronized标志来表示同步方法。

4. synchronized的优化技术

为了减少synchronized的性能开销，Java在JDK1.6及之后版本引入了多种优化技术，包括：

自旋锁： 在获取锁失败时，线程不会立即阻塞，而是会进行一定次数的自旋尝试获取锁。
适应性自旋锁： 根据线程在前一次获取锁的时间和成功获取锁的次数来动态调整自旋的次数。
锁消除： 当编译器检测到某个锁不可能被其他线程访问时，会进行锁的消除。
锁粗化： 当连续的同步操作对同一对象加锁和解锁时，会将这些操作合并为一次。
偏向锁： 当锁一直由同一线程访问时，该线程会获得偏向锁，避免重复获取锁的开销。
轻量级锁： 通过CAS操作来尝试获取锁，避免阻塞线程。