synchronized是怎么实现的？

面试记录 2026-09-26

题目：synchronized 是怎么实现的？

难度：medium

标签：java/lock, general/knowledge

评分：⭐⭐⭐☆☆

我的回答

Synchronized 的本质上就是在对象头上做限定，定义当前这个对象是否被加了锁。当线程进行访问的时候，确认这个线程持有的线程是什么。啊，如果是当前线程就可以正常访问，如果不是当前线程，就放入队列等待。核心核心原理其实就这个，然后在 1.8 之后做了一系列的优化，包括锁升级，然后锁的力度的调整，这些东西。它核心的就是我刚才说的，在对象头中记录锁的信息、线程的信息，确保是当前线程去访问这个对象，而不是其他线程进入的时候，也能访问到这个对象。然后当其他线程访问的时候做一个阻塞。核心原理就是这个。哦，JDK1.8 的时候做了一个优化升级，核心的作用就是优化线程内的性能，不是一上来就用极重的锁持有，最开始使用的就是轻向锁。你一个线程来了，保持有一个记录下来是你这个线程，但是并不加锁。而后如果多个线程进来了，就开始升级变成轻量级锁，做简单的重试等待，也不是直接加锁，类似于 CAS 的操作。然后再往后，更多的线程并发产生了，才直接上锁，做重量级的锁持有限定。确保一个线程只被等待，其他线程只确保一个线程在使用，其他线程要等待做阻塞。

点评

优点：抓到核心点——对象头（Mark Word）记录锁信息；提到锁升级、CAS、性能优化

不足：锁升级顺序描述有误（跳过了偏向锁）；未提 Mark Word、Monitor、monitorenter/monitorexit 术语；未说三种使用场景；未提 JDK 15/18 偏向锁废弃新知识点

补充：正确路径：无锁→偏向锁→轻量级锁→重量级锁；对象头结构 Mark Word+Klass Pointer；JDK 15 默认关闭偏向锁，JDK 18 彻底移除

完整讲解

第一部分：知识重点剖析

核心考点定位：能否说清对象头 + Mark Word + 锁升级四条路径 + 字节码层实现。

知识点拆解：

1. 对象头结构（HotSpot 64 位）：

• Mark Word（8 字节）：存储哈希码、GC 分代年龄、锁标志位（2 位）、锁指针/偏向线程 ID
• Klass Pointer（4-8 字节）：指向方法区的方法元数据
• 数组对象多一个 length 字段

1. 锁的三种使用场景：

• 修饰实例方法：锁 this 对象
• 修饰静态方法：锁 Class 对象
• 修饰代码块：锁指定的对象

1. 锁升级四条路径（JDK 6 引入，JDK 15 后偏向锁被默认关闭，JDK 18 彻底移除）：

• 无锁 → 偏向锁：只有一个线程访问时，Mark Word 记录线程 ID，之后同线程访问直接放行，不加锁、不 CAS。适合"一次获取、多次访问"的低竞争场景
• 偏向锁 → 轻量级锁：第二个线程到达时撤销偏向锁，升级为轻量级锁；用 CAS 自旋尝试获取，不进入 OS 阻塞。适合"锁持有时间极短"的中竞争场景
• 轻量级锁 → 重量级锁：CAS 自旋失败达到阈值（默认 10 次，可 -XX:PreBlockSpin 调），膨胀为重量级锁，线程挂起进入 OS 内核调度
• 重量级锁不可降级：JVM 保证锁只有升级路径，没有降级路径

1. 字节码层：

• synchronized 方法：类文件常量池里的方法有 ACC_SYNCHRONIZED 标志
• synchronized 代码块：使用 monitorenter / monitorexit / athrow 三条指令

1. Monitor（管程）：重量级锁的真正实现，每个对象都有一个隐含的 Monitor 对象，包含 owner、waitSet、entryList 等字段

按「底层原理 → 设计权衡 → 工程实践」递进排列。

第二部分：考察方向与延伸递进

考察方向：

• 深度：能否说清对象头 Mark Word 的锁标志位 + 四条升级路径
• 广度：能否对比 synchronized 和 ReentrantLock
• 应用：能否举出代码块 vs 方法、实例 vs 静态的选择场景

延伸递进面试题：

1. synchronized 的锁能降级吗？

• 解答要点：不能。JVM 规定锁只有升级没有降级，避免锁状态频繁切换的开销

1. 偏向锁为什么被废弃了？

• 解答要点：JDK 15 JEP 374 默认关闭，JDK 18 移除。原因是：偏向锁撤销代价高（需要 STW），现代 GC 让偏向锁优化不划算；STW 时代结束偏向锁失去了主要场景

1. synchronized 和 ReentrantLock 怎么选？

• 解答要点：低竞争用 synchronized（JVM 内置、零开销、代码简洁）；高竞争、需要中断/超时/公平锁/多条件变量用 ReentrantLock

第三部分：面试者参考回答（300-600 字口语化）

面试官您好，synchronized 的实现我分三个层次来说：字节码层、对象头层、锁升级层。

字节码层，synchronized 有三种使用方式：修饰实例方法锁 this、修饰静态方法锁 Class 对象、修饰代码块锁指定对象。在字节码层面，synchronized 方法有 ACC_SYNCHRONIZED 标志位，synchronized 代码块使用 monitorenter 和 monitorexit 两条指令（异常路径下还有 athrow 保证锁释放）。

对象头层是核心。HotSpot 64 位对象的对象头主要由两部分组成：Mark Word（8 字节，存哈希码、GC 分代年龄、锁标志位、锁指针/线程 ID）和 Klass Pointer（4-8 字节，指向方法区的元数据）。Mark Word 里的锁标志位（最后 2 位）直接决定了对象当前是什么锁状态。

锁升级层是 synchronized 性能优化的关键，从低到高四条路径：

第一条是 无锁 → 偏向锁。当只有一个线程访问时，Mark Word 会记录这个线程的 ID，之后同线程访问直接放行，不加锁也不 CAS。这是最轻量化的状态，适合"一次获取、多次访问"的低竞争场景。不过要注意 JDK 15 之后偏向锁被默认关闭，JDK 18 已经彻底移除了，因为偏向锁撤销代价高、需要 STW，在现代 GC 下不划算。

第二条是 偏向锁 → 轻量级锁。当第二个线程到达时撤销偏向锁，升级为轻量级锁；线程用 CAS 自旋尝试获取，不进入 OS 阻塞。适合"锁持有时间极短"的中竞争场景。

第三条是 轻量级锁 → 重量级锁。当 CAS 自旋失败达到阈值（默认 10 次，可用 -XX:PreBlockSpin 调），就膨胀为重量级锁，线程挂起进入 OS 内核调度，通过 Monitor 的 entryList 排队。重量级锁是不可降级的——JVM 保证锁只有升级没有降级路径。

重量级锁的真正实现是 Monitor（管程），每个对象都隐含一个 Monitor 对象，包含 owner、entryList、waitSet 等字段，wait() 方法就是把线程挂到 waitSet 上。

和 ReentrantLock 的对比：低竞争场景 synchronized 更合适（JVM 内置、零开销、代码简洁），高竞争或需要中断/超时/公平锁/多条件变量时用 ReentrantLock。

这就是我对 synchronized 实现的理解。