synchronized保證線程同步的作用相信大家都已經非常熟悉了，可以把任意一個對象當作鎖。synchronized 關鍵字無論是修飾代碼塊，還是修飾實例方法和靜態方法，本質上都是作用于對象上。

多個線程要競爭共享資源，而操作共享資源資源的代碼就在臨界區內，想要進入到這個臨界區就必須持有鎖。

當用 synchronized 修飾代碼塊時，編譯后的字節碼會有 monitorenter 和 monitorexit 指令，分別對應的是獲得鎖和解鎖。

當用 synchronized 修飾方法時，會給方法加上標記 ACC_SYNCHRONIZED，這樣 JVM 就知道這個方法是一個同步方法，于是在進入同步方法的時候就會進行執行競爭鎖的操作，只有拿到鎖才能繼續執行。

對象鎖長啥樣？

那么對象鎖在內存中是怎樣的呢？接下來就來看一下對象鎖的實現細節。對象鎖的狀態是記錄在對象頭中的Mark word區域中。關于對象的內存區域的細節，大家可以參考前文《Java面試必考問題：對象在內存中是如何布局的？ 》。

對象內存布局

在不同的鎖狀態下，Mark word會存儲不同的信息，這也是為了節約內存常用的設計。當鎖狀態為重量級鎖(鎖標識位=10)時，Mark word中會記錄指向Monitor對象的指針，這個Monitor對象也稱為管程或監視器鎖。

64 位時 MarkWord 在不同狀態下的內存布局

每個對象都存在著一個 Monitor對象與之關聯。執行 monitorenter 指令就是線程試圖去獲取 Monitor 的所有權，搶到了就是成功獲取鎖了；執行 monitorexit 指令則是釋放了Monitor的所有權。

ObjectMonitor類

在HotSpot虛擬機中，Monitor是基于C++的ObjectMonitor類實現的，其主要成員包括：

_owner：指向持有ObjectMonitor對象的線程

_WaitSet：存放處于wait狀態的線程隊列，即調用wait()方法的線程

_EntryList：存放處于等待鎖block狀態的線程隊列

_count：約為_WaitSet 和 _EntryList 的節點數之和

_cxq: 多個線程爭搶鎖，會先存入這個單向鏈表

_recursions: 記錄重入次數

ObjectMonitor的基本工作機制

上圖簡略展示了ObjectMonitor的基本工作機制：

(1)當多個線程同時訪問一段同步代碼時，首先會進入 _EntryList 隊列中。

(2)當某個線程獲取到對象的Monitor后進入臨界區域，并把Monitor中的 _owner 變量設置為當前線程，同時Monitor中的計數器 _count 加1。即獲得對象鎖。

(3)若持有Monitor的線程調用 wait() 方法，將釋放當前持有的Monitor，_owner變量恢復為null，_count自減1，同時該線程進入 _WaitSet 集合中等待被喚醒。

(4)在_WaitSet 集合中的線程會被再次放到_EntryList 隊列中，重新競爭獲取鎖。

(5)若當前線程執行完畢也將釋放Monitor并復位變量的值，以便其他線程進入獲取鎖。

線程爭搶鎖的過程要比上面展示得更加復雜。除了_EntryList 這個雙向鏈表用來保存競爭的線程，ObjectMonitor中還有另外一個單向鏈表 _cxq，由兩個隊列來共同管理并發的線程。

ObjectMonitor的并發管理邏輯

ObjectMonitor::enter() 和 ObjectMonitor::exit() 分別是ObjectMonitor獲取鎖和釋放鎖的方法。線程解鎖后還會喚醒之前等待的線程，根據策略選擇直接喚醒_cxq隊列中的頭部線程去競爭，或者將_cxq隊列中的線程加入_EntryList，然后再喚醒_EntryList隊列中的線程去競爭。

ObjectMonitor::enter()

ObjectMonitor::enter()競爭鎖的流程

下面我們看一下ObjectMonitor::enter()方法競爭鎖的流程：

首先嘗試通過 CAS 把 ObjectMonitor 中的 _owner 設置為當前線程，設置成功就表示獲取鎖成功。通過 _recursions 的自增來表示重入。

如果沒有CAS成功，那么就開始啟動自適應自旋，自旋還不行的話，就包裝成 ObjectWaiter 對象加入到 _cxq 單向鏈表之中。關于自旋鎖和自適應自旋，可以參考前文《Java面試必考問題：什么是自旋鎖 》。

加入_cxq鏈表后，再次嘗試是否可以CAS拿到鎖，再次失敗就要阻塞(block)，底層調用了pthread_mutex_lock。

ObjectMonitor::exit()方法

線程執行 Object.wait()方法時，會將當前線程加入到 _waitSet 這個雙向鏈表中，然后再運行ObjectMonitor::exit() 方法來釋放鎖。

可重入鎖就是根據 _recursions 來判斷的，重入一次就執行 _recursions++，解鎖一次就執行 _recursions--，如果 _recursions 減到 0 ，就說明需要釋放鎖了。

線程解鎖后還會喚醒之前等待的線程。當線程執行 Object.notify()方法時，從 _waitSet 頭部拿線程節點，然后根據策略(QMode指定)決定將線程節點放在哪里，包括_cxq 或 _EntryList 的頭部或者尾部，然后喚醒隊列中的線程。

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總結

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