`synchronized` 在 Java 虚拟机中的实现原理是什么

synchronized 是 Java 提供的用于实现线程同步的关键字。它的实现原理主要依赖于 JVM 的对象监视器（Monitor）机制，包括对象头、锁的状态以及锁的升级过程。以下是 synchronized 在 Java 虚拟机中的实现原理的详细说明：

对象头（Object Header）

• 每个 Java 对象都有一个 监视器（Monitor），它存储在对象头中。对象头包含 Mark Word 和 Class Metadata Address 等信息。
• Mark Word 用于存储锁的信息，如锁标志位、线程 ID 等。根据锁的状态，Mark Word 的内容会动态变化。

锁的状态和升级

synchronized 锁支持多种状态，并可以在运行时动态升级：

1. 无锁状态：初始状态，没有锁机制，适用于没有线程竞争的场景。
2. 偏向锁状态：如果锁只被一个线程访问，偏向锁通过存储线程 ID 来减少无竞争的加锁开销。
3. 轻量级锁状态：当有多个线程尝试访问锁时，偏向锁升级为轻量级锁。轻量级锁使用 CAS 操作来避免线程阻塞。
4. 重量级锁状态：当锁竞争激烈时，轻量级锁会升级为重量级锁，通过操作系统的互斥锁来实现同步。

监视器锁（Monitor）

• 每个对象都有一个与之关联的监视器锁。线程在进入 synchronized 代码块时，会尝试获取对象的监视器锁。
• 如果锁已被其他线程占用，当前线程会被阻塞，直到锁被释放。

同步代码块的实现

• 同步代码块使用 monitorenter 和 monitorexit 指令来实现。这两个指令分别对应线程进入和退出同步代码块的操作。
• 在编译后的字节码中，synchronized 代码块会包含 monitorenter 和 monitorexit 指令，确保锁的正确获取和释放。

锁的释放

• 当线程退出 synchronized 方法或代码块时，会释放监视器锁，唤醒其他处于等待状态的线程。

通过上述机制，synchronized 关键字在 Java 虚拟机中提供了一种高效且可靠的线程同步机制，确保了多线程环境下的数据一致性和线程安全。