解锁Synchronized的奥秘：从原理到场景，再到锁升级全攻略！

本期说一下Synchronized的相关面试题。

Synchronized的作用或者说一般用在什么场景？

原子性：确保线程互斥的访问同步代码

可见性：保证共享变量的修改能够及时可见。

有序性：有效解决指令重排问题。

说一下Synchronized的原理？

答：

• 每个java对象都有一个与之相关联的监视器（monitor，底层在JVM中基于C++实现）,监视器是一种内部锁或互斥锁。

• 使用Synchronized可以获取对象的监视器锁，从而创建临界区（monitorenter和monitorexit包围的指令范围），确保在同一时刻只有一个线程能够进入执行。

  • 示例代码

    public class Example {
    private Object lock = new Object();//
    
    public void synchronizedMethod() {
        synchronized (lock) {
            // 临界区，只有一个线程能够执行这里的代码
            // ...
        }
    }
    }

  • 拓展

    • wait()、notify() 和 notifyAll() 方法与对象的监视器锁直接相关。只有线程持有了对象的监视器锁，才有资格调用这些方法，否则就会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException
      FasfThreadLocal是Netty框架中的一个类，用于提供比标准‘ThreadLcoal’更快的线程本地变量支持。

Synchronized是如何进行锁升级的？

答：

• 无状态锁

  • 初始状态，对象没有被任何线程锁定。当线程尝试进入synchronized块时，会尝试获取对象的锁。

• 偏向锁（Biased Locking）
    

  • 在程序刚启动时，锁处于偏向锁状态。这时候，如果某个线程获取了锁，那么在一段时间内，该线程再次获取这个锁时，无需竞争，直接获得。这减少了锁竞争的开销。
  • 偏向锁通过记录获取锁的线程ID，如果有其他线程尝试获取该锁，则需要撤销偏向锁，升级为轻量级锁。

• 轻量级锁（Lightweight Lock）

  • 当多个线程竞争同一个锁时，偏向锁就会升级为轻量级锁。轻量级锁使用CAS操作（Compare and Swap）来尝试获取锁，而不是直接阻塞线程。
  • 如果CAS操作失败，说明有竞争，这时候锁会升级为重量级锁。

• 重量级锁（Heavyweight Lock）

  • 当锁升级到重量级锁时，会导致其他线程阻塞，只能等待持有锁的线程释放锁。
  • 重量级锁的实现使用操作系统提供的互斥量（Mutex）等机制，具有较大的性能开销。
• 这种锁升级机制是为了在不同情况下权衡性能和资源占用。偏向锁适用于大多数情况下是单线程获取锁的场景，而轻量级锁和重量级锁适用于多线程竞争锁的情况。这样的设计可以在不同场景下提供更好的性能。

Synchronized是JVM层面还是JDK层面的锁？

答：
synchronized是 Java 中的关键字，用于实现同步。它在 Java 中是基于监视器（Monitor）的概念实现的，因此可以说是在 JVM 层面提供的锁。

• "JVM 层面锁"通常指的是在 Java 虚拟机（JVM）内部提供的锁机制
• "JDK 层面锁"通常指的是在 Java 开发工具包（JDK）中提供的高级锁机制，这些锁位于 java.util.concurrent 包下

以上内容出自本人整理的面试秘籍。
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