[面试题] synchronized 的是什么？synchronized 是怎么实现的？

📖 版块 A：知识讲解版 (温故知新)

• 定义：synchronized 是 Java 中的关键字，是一种同步锁。它通过为代码块或方法加锁，保证同一时刻只有一个线程能执行该代码，从而解决多线程间的并发安全问题。

• 基本用法：

  1. 修饰实例方法：锁住的是当前实例对象（this）。
  2. 修饰静态方法：锁住的是当前类的 Class 对象。
  3. 修饰代码块：锁住的是括号里配置的对象。

• 实现原理（核心）：

  1. JVM 层面：

     • 同步代码块：通过 monitorenter 和 monitorexit 指令实现。
     • 方法同步：通过方法表中的 ACC_SYNCHRONIZED 标志位隐式调用。

  2. 对象头（Mark Word）：Java 对象头中的 Mark Word 存储了锁的状态信息（无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁）。

  3. Monitor（监视器）：每个对象都关联一个 Monitor 对象。在重量级锁状态下，Monitor 内部维护了 _Owner（当前持有锁的线程）、_EntryList（等待获取锁的队列）和 _WaitSet（等待唤醒的队列）。

• 锁升级（Java 6+ 优化）：

  • 为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗，引入了锁升级机制：无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁。这个过程是不可逆的（通常情况下）。

🎤 版块 B：面试实战版 (高手逐字稿)

Q：synchronized 的是什么？synchronized 是怎么实现的？

💬 高手逐字稿：

简单来说，synchronized 是 Java 提供的一种内置的互斥锁，用来保证原子性、可见性和有序性。

在底层实现上，我们要分两个层面来看。首先是字节码层面：如果我们同步的是代码块，编译器会生成 monitorenter 和 monitorexit 这两个指令；如果是同步方法，则会在方法常量池里打上一个 ACC_SYNCHRONIZED 的标识，本质上它们都是去获取一个叫 Monitor（监视器） 的对象。

接着我们要深入到 JVM 的对象模型。在 HotSpot 虚拟机里，每个 Java 对象在内存中都有一个“对象头”，其中有一块区域叫 Mark Word。这个 Mark Word 是实现锁的关键，它记录了锁的状态。当锁升级到重量级锁时，Mark Word 会指向一个 ObjectMonitor 对象。这个 Monitor 内部有三个核心区域：Owner 记录当前拿锁的线程，EntryList 存放阻塞等待的线程，WaitSet 存放调用了 wait 方法的线程。

这里有个容易被忽略的细节，就是 synchronized 的性能演进。在早期的 Java 版本中，synchronized 是一上来就直接调用操作系统的底层同步机制，涉及用户态和内核态的切换，非常重。但从 Java 6 开始，引入了锁升级机制。

程序会根据竞争情况，先使用偏向锁（认为只有一个线程访问），如果没有成功，再升级为轻量级锁（通过 CAS 自旋等待），如果自旋一定次数还没拿到锁，最后才会升级为重量级锁。这种平滑过渡极大地提升了它在不同并发场景下的执行效率。

【高手自问自答】：这里可能会有一个深度问题：synchronized 是如何支持可重入的？ 其实在 ObjectMonitor 对象里有一个 _recursions 计数器。当同一个线程再次获取该锁时，计数器会加 1，退出同步块时减 1。直到计数器清零，锁才会真正释放。这种设计保证了同一个线程在执行递归或嵌套同步块时，不会把自己锁死。