面试题：Java 的 synchronized 是怎么实现的？

synchronized 是 Java 中用于实现线程同步的关键字，它可以用来修饰方法或代码块，确保同一时间只有一个线程可以执行被修饰的代码。synchronized 的实现主要依赖于 Java 对象头中的 监视器锁（Monitor）。

1. 对象头与监视器锁

在 Java 中，每个对象都有一个对象头，对象头中包含了与锁相关的信息。synchronized 的实现依赖于对象头中的 Mark Word，它存储了对象的哈希码、分代年龄、锁状态等信息。

2. 锁的状态

Java 中的锁有几种不同的状态，主要包括：

• 无锁状态：对象没有被任何线程锁定。
• 偏向锁：为了减少同一线程多次获取锁的开销，JVM 会偏向于第一个获取锁的线程。
• 轻量级锁：当多个线程竞争锁时，JVM 会尝试使用轻量级锁来避免线程阻塞。
• 重量级锁：当竞争激烈时，JVM 会将锁升级为重量级锁，此时线程会进入阻塞状态，等待锁的释放。

3. 锁的升级过程

synchronized 的锁会根据竞争情况逐步升级：

1. 偏向锁：当第一个线程获取锁时，JVM 会将锁标记为偏向锁，并记录线程 ID。
2. 轻量级锁：当有其他线程尝试获取锁时，偏向锁会升级为轻量级锁，JVM 会使用 CAS（Compare-And-Swap）操作来尝试获取锁。
3. 重量级锁：如果轻量级锁竞争失败，锁会升级为重量级锁，此时线程会进入阻塞状态，等待锁的释放。

4. 实现细节

• 修饰实例方法：锁是当前实例对象。
• 修饰静态方法：锁是当前类的 Class 对象。
• 修饰代码块：锁是括号中指定的对象。

5. 示例代码

public class SynchronizedExample {
    private int count = 0;

    // 修饰实例方法
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    // 修饰代码块
    public void decrement() {
        synchronized (this) {
            count--;
        }
    }
}

6. 性能考虑

synchronized 是 Java 中最基本的同步机制，但在高并发场景下，可能会导致性能瓶颈。因此，Java 还提供了 java.util.concurrent 包中的更高级的并发工具，如 ReentrantLock、ReadWriteLock 等，以满足更复杂的并发需求。

总结

synchronized 通过对象头中的监视器锁来实现线程同步，锁的状态会根据竞争情况从偏向锁逐步升级到重量级锁。虽然 synchronized 使用简单，但在高并发场景下可能需要考虑更高效的并发控制机制。