synchronized底层是如何实现的？

synchronized 是 Java 中最基本的锁机制，使用它可以实现对共享资源的互斥访问。当一个线程访问被 synchronized 修饰的方法或代码块时，它会自动获取锁，其他线程只能排队等待该线程释放锁。

底层实现—监视器

想要了解 synchronized 的底层实现，需要从 synchronized 生成的字节码说起，比如以下程序：

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        synchronized (App.class) {
            System.out.println("Hello World!");
        }
    }
}

它的字节码如下：

从上述结果可以看出，在 main 方法中多了一对 monitorenter 和 monitorexit 的指令，它们的含义是：

monitorenter：表示进入监视器；
monitorexit：表示退出监视器。

由此可知 synchronized 的底层是通过 Monitor（监视器）实现的。

监视器具体实现

在 HotSpot 虚拟机中，监视器 Monitor 底层是由 C++实现的，它的实现对象是 ObjectMonitor。ObjectMonitor 结构体的实现源码如下：

ObjectMonitor::ObjectMonitor() {  
  _header       = NULL;  
  _count       = 0;  
  _waiters      = 0,  
  _recursions   = 0;       //线程的重入次数
  _object       = NULL;  
  _owner        = NULL;    //标识拥有该monitor的线程
  _WaitSet      = NULL;    //等待线程组成的双向循环链表，_WaitSet是第一个节点
  _WaitSetLock  = 0 ;  
  _Responsible  = NULL ;  
  _succ         = NULL ;  
  _cxq          = NULL ;    //多线程竞争锁进入时的单向链表
  FreeNext      = NULL ;  
  _EntryList    = NULL ;    //_owner从该双向循环链表中唤醒线程结点，_EntryList是第一个节点
  _SpinFreq     = 0 ;  
  _SpinClock    = 0 ;  
  OwnerIsThread = 0 ;  
}

在以上代码中有几个关键的属性：

_count：记录该线程获取锁的次数（也就是前前后后，这个线程一共获取此锁多少次）。
_recursions：锁的重入次数。
_owner：The Owner 拥有者，是持有该 ObjectMonitor（监视器）对象的线程；
_EntryList：EntryList 监控集合，存放的是处于阻塞状态的线程队列，在多线程下，竞争失败的线程会进入 EntryList 队列。
_WaitSet：WaitSet 待授权集合，存放的是处于 wait 状态的线程队列，当线程执行了 wait() 方法之后，会进入 WaitSet 队列。

监视器执行的流程是这样的：

线程通过 CAS（对比并替换）尝试获取锁，如果获取成功，就将 _owner 字段设置为当前线程，说明当前线程已经持有锁，并将 _recursions 重入次数的属性 +1。如果获取失败则先通过自旋 CAS 尝试获取锁，如果还是失败则将当前线程放入到 EntryList 监控队列（阻塞）。
当拥有锁的线程执行了 wait 方法之后，线程释放锁，将 owner 变量恢复为 null 状态，同时将该线程放入 WaitSet 待授权队列中等待被唤醒。
当调用 notify 方法时，随机唤醒 WaitSet 队列中的某一个线程，当调用 notifyAll 时唤醒所有的 WaitSet 中的线程尝试获取锁。
线程执行完释放了锁之后，会唤醒 EntryList 中的所有线程尝试获取锁。

以上就是监视器的执行流程，执行流程如下图所示：

小结

synchronized 是通过 Monitor 监视器实现的，而监视器又是通过 C++ 代码实现的，它的具体执行流程是：线程先通过自旋 CAS 的方式尝试获取锁，如果获取失败就进入 EntrySet（监控）集合，如果获取成功就拥有该锁。而拥有锁的线程当调用 wait() 方法时，会释放锁并进入 WaitSet（待授权）集合，直到其他线程调用 notify 或 notifyAll 方法时才会尝试再次获取锁。线程正常执行完成之后，就会通知 EntrySet 集合中的线程，让它们尝试获取锁。

参考资料

www.cnblogs.com/freelancy/p/15625602.html

blog.csdn.net/qq_43783527/article/details/114669174

www.cnblogs.com/hongdada/p/14513036.html

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