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Java 中 synchronized 怎么理解底层 Monitor 机制

冬瑶吖_9180

冬瑶吖_9180

发布时间:2026-09-27 14:15:26

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来源于php中文网

原创

synchronized 的本质是 JVM 对对象关联的 ObjectMonitor 进行加锁释放,其核心是“对象→对象头→Monitor指针→线程调度”;Monitor含_owner、_EntryList、_WaitSet三组件,支持锁升级与wait/notify协作。

java 中 synchronized 怎么理解底层 monitor 机制

Java 中 synchronized 的本质,就是对一个对象关联的 Monitor(监视器)进行加锁和释放。它不是语法糖的“假锁”,而是 JVM 内部真实存在的、由 C++ 实现的同步原语——ObjectMonitor。理解它,关键在于抓住“对象 → 对象头 → Monitor 指针 → 线程调度”这条主线。

Monitor 是每个 Java 对象的“内置同步控制器”

每个 Java 对象在创建时,JVM 都会为其隐式关联一个 Monitor(HotSpot 中是 ObjectMonitor 实例)。这个 Monitor 并不存储在 Java 堆的对象实例里,而是在 native 内存中独立分配;对象头(Mark Word)只是保存指向它的指针(重量级锁状态时)或其它锁信息(如偏向线程 ID、轻量级锁栈帧地址)。

Monitor 本身包含三个核心组件:

  • _owner:当前持有锁的线程指针,只能有一个线程处于此状态;
  • _EntryList:等待获取锁的线程队列(阻塞态,BLOCKED);
  • _WaitSet:调用 wait() 后挂起的线程队列(等待态,WAITING)。

synchronized 执行时发生了什么

当线程执行到 synchronized(obj) 或同步方法时,JVM 触发 monitorenter 指令,实际做的是:

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  • 检查 obj 的 Mark Word 锁状态(无锁 / 偏向 / 轻量级 / 重量级);
  • 若已升级为重量级锁,则尝试通过 CAS 将 _owner 设为当前线程;
  • 若 _owner 为空,成功获取锁,计数器 _recursions 置为 1;
  • 若 _owner 已是当前线程,说明重入,_recursions++;
  • 若 _owner 是其他线程,则当前线程被加入 _EntryList,并挂起(park)。

退出同步块时,monitorexit 指令触发:_recursions--,归零后将 _owner 置空,并唤醒 _EntryList 中的一个线程(非公平策略)。

wait/notify 是 Monitor 的协作能力

wait()、notify()、notifyAll() 是 Object 的 native 方法,它们的操作对象就是该对象所关联的 Monitor:

  • 调用 obj.wait() 必须在 synchronized(obj) 块内,否则抛 IllegalMonitorStateException;
  • 执行 wait() 会立即释放 Monitor(_owner = null),并将当前线程放入 _WaitSet;
  • notify() 从 _WaitSet 挑一个线程移入 _EntryList;notifyAll() 把全部移入;
  • 被唤醒的线程不会立刻执行,仍需重新竞争 _owner,与其他 EntryList 中的线程一样走完整获取流程。

锁升级是 Monitor 的性能优化机制

JDK 6 引入的锁升级策略,是为了避免一上来就用重量级 Monitor(涉及操作系统 mutex,开销大):

  • 偏向锁:假设“无竞争”,Mark Word 记录首次获得锁的线程 ID,后续同线程进入直接成功;
  • 轻量级锁:有轻微竞争时,线程在栈中创建 Lock Record,用 CAS 替换 Mark Word;
  • 重量级锁:竞争激烈时,膨胀为真正依赖 Monitor 的锁,Mark Word 存 Monitor 地址。

升级不可逆,但撤销(如发生竞争)会触发锁膨胀。Monitor 只在重量级阶段才真正被激活并参与调度。

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