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2024年1月16日发(作者：单片机程序是什么语言)
Synchronized 在 Java 中是一种用于实现线程安全的关键字，它可以用来确保某个方法或者代码块在同一时刻最多只能被一个线程执行。这种机制在多线程的应用程序中非常常用，能够有效避免多个线程对共享资源的并发访问而造成的数据一致性问题。然而，要了解
synchronized 的底层实现原理，就需要深入了解 Java 虚拟机和操作系统的相关知识。
1. Java 虚拟机中的 synchronized 实现原理
在 Java 虚拟机中，synchronized 是通过对象头中的 Mark Word 来实现的。每一个对象在虚拟机中都会有一个对象头，对象头中的 Mark
Word 就包含了与 synchronized 相关的信息。当一个线程尝试进入一个被 synchronized 修饰的方法或者代码块时，虚拟机会先尝试获取对象的锁。如果锁已经被其他线程持有，那么当前线程就会被阻塞，直到获取到锁为止。
2. 对象头中的 Mark Word
Mark Word 中包含了对象的 hashCode、GC 分代芳龄、锁状态等信息。对于被 synchronized 修饰的对象，其中就会包含该对象的锁状态。具体而言，Mark Word 中会有两个标志位来表示对象的锁状态：偏向锁标志位和轻量级锁标志位。
3. 偏向锁和轻量级锁
偏向锁是指当一个线程访问一个同步代码块时，会先尝试获取对象的偏向锁。如果偏向锁的标志位为 0，表示对象的锁状态为无锁，此时虚拟机会尝试将当前线程 ID 记录在对象头的 Mark Word 中，并将偏向锁的标志位置为 1。这样，下次该线程再次访问该对象时，就无需再次获取锁，从而提高了程序的性能。
如果多个线程同时访问一个对象，就会出现竞争，此时虚拟机将会将对象的锁状态升级为轻量级锁。轻量级锁是通过 CAS 操作来实现的，即通过原子性地修改对象头中的 Mark Word 来尝试获取锁。如果多个线程竞争锁的次数不多，那么轻量级锁能够有效地减少性能的损耗。但如果竞争的线程数量太多，或者持有锁的时间过长，那么轻量级锁就会膨胀为重量级锁。
4. 重量级锁
重量级锁是通过操作系统的互斥量来实现的，它会导致线程阻塞，从而对程序的性能造成较大的影响。在获取到重量级锁后，如果该锁长时间未被释放，那么其他线程就会处于阻塞状态，导致整个程序的执行效率大幅下降。
5. 操作系统层面的实现
在操作系统层面，锁的实现主要依赖于底层的硬件支持。比如 x86 处理器中就提供了 CMPXCHG 指令，能够原子性地修改内存中的值，从而实现锁的功能。操作系统也会提供类似于互斥量、信号量等同步机制，用来实现对共享资源的访问控制。
6. 总结
通过以上的介绍，我们可以看到 synchronized 在 Java 中的底层实现涉及到了 Java 虚拟机和操作系统两个层面。在 Java 虚拟机中，通过对象头中的 Mark Word 来实现锁的获取和释放，同时还涉及了偏向锁、轻量级锁和重量级锁等机制。而在操作系统层面，锁的实现则依赖于底层的硬件支持和操作系统提供的同步机制。
要想深入了解 synchronized 的底层实现原理，就需要对 Java 虚拟机的内存模型、对象头结构等有一定的了解，同时还需要了解操作系统层面的同步机制和硬件支持。这样才能更好地理解 synchronized 在多线程编程中的作用和机制，从而写出更加高效和可靠的多线程程序。
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