《面試1v1》synchronized-有解無憂

原始碼都背下來了，你給我看這

我是 javapub，一名 Markdown 程式員從?????，八股文種子選手，

面試官：你好，我看到你的簡歷上寫著你熟悉 Java 中的 "synchronized" 關鍵字，你能給我講講它的作用嗎？

候選人： 當然，"synchronized" 是 Java 中的一個關鍵字，用于實作同步機制，它可以用來修飾方法或代碼塊，以確保在同一時間只有一個執行緒可以訪問被修飾的代碼，

面試官：很好，那么，你能舉個例子來說明 "synchronized" 關鍵字的使用方法嗎？

候選人： 當然，你可以使用 "synchronized" 關鍵字來修飾方法或代碼塊，例如，你可以這樣使用：

public synchronized void doSomething() {
    // ...
}

在上面的代碼中，"synchronized" 關鍵字修飾了 "doSomething()" 方法，這意味著在同一時間只有一個執行緒可以訪問該方法，

面試官：很好，那么，如果我想修飾一個代碼塊，應該怎么做呢？

候選人： 你可以這樣使用 "synchronized" 關鍵字來修飾一個代碼塊：

public void doSomething() {
    synchronized (this) {
        // ...
    }
}

在上面的代碼中，"synchronized" 關鍵字修飾了一個代碼塊，該代碼塊使用 "this" 作為鎖物件，這意味著在同一時間只有一個執行緒可以訪問該代碼塊，

面試官：很好，那么，你能解釋一下 "synchronized" 關鍵字的實作原理嗎？

候選人： 當一個執行緒訪問一個被 "synchronized" 關鍵字修飾的方法或代碼塊時，它會嘗試獲取該物件的監視器鎖，如果該鎖已經被其他執行緒持有，則該執行緒將被阻塞，直到該鎖被釋放，下面是一個使用 "synchronized" 關鍵字的示例：

public class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized void decrement() {
        count--;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

在上面的代碼中，"increment()"、"decrement()" 和 "getCount()" 方法都被 "synchronized" 關鍵字修飾，這意味著在同一時間只有一個執行緒可以訪問這些方法，

面試官：很好，你對 "synchronized" 關鍵字的理解很清晰，那么，你能告訴我 "synchronized" 關鍵字的缺點嗎？

候選人： 當然，使用 "synchronized" 關鍵字會帶來一些性能上的開銷，因為每個執行緒都需要獲取鎖才能訪問被修飾的代碼，此外，如果使用不當，還可能會導致死鎖等問題，

面試官：那么，你能告訴我如何避免 "synchronized" 關鍵字帶來的性能開銷嗎？

候選人： 當然，一種方法是使用 "volatile" 關鍵字來修飾變數，這可以確保變數的可見性，而不需要使用鎖，另一種方法是使用 "java.util.concurrent" 包中的并發集合類，例如 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList 等，這些類使用了更高效的同步機制，可以避免 "synchronized" 關鍵字帶來的性能開銷，

面試官：很好，你的回答很不錯，那么，你能告訴我 "synchronized" 關鍵字和 "Lock" 介面之間的區別嗎？

候選人： 當然， "synchronized" 關鍵字是 Java 中內置的同步機制，它可以用來修飾方法或代碼塊，使用起來比較簡單，但是它的性能開銷比較大，而 "Lock" 介面是 Java 中提供的一種更加靈活的同步機制，它可以實作更細粒度的鎖控制，例如可重入鎖、讀寫鎖等，使用起來比較復雜，但是它的性能開銷比較小，

面試官：很好，你的回答很清晰，那么，你有沒有使用過 "Lock" 介面呢？

候選人： 是的，我有使用過 "Lock" 介面，例如，我曾經使用過 ReentrantLock 類來實作可重入鎖，這可以避免 "synchronized" 關鍵字的性能開銷，并且可以實作更細粒度的鎖控制，

面試官：很好，你的經驗很豐富，那么，你能告訴我 "Lock" 介面的一些特點嗎？

候選人： 當然， "Lock" 介面的一些特點包括：

可以實作更細粒度的鎖控制，例如可重入鎖、讀寫鎖等，
可以實作公平鎖和非公平鎖，
可以實作超時鎖和可中斷鎖，
可以實作多個條件變數，可以更加靈活地控制執行緒的等待和喚醒，

面試官：那么，你能告訴我 "synchronized" 關鍵字和 "volatile" 關鍵字之間的區別嗎？

候選人： 當然， "synchronized" 關鍵字和 "volatile" 關鍵字都可以用來實作多執行緒之間的同步，但是它們的作用不同， "synchronized" 關鍵字可以確保在同一時間只有一個執行緒可以訪問被修飾的代碼，而 "volatile" 關鍵字可以確保變數的可見性，即當一個執行緒修改了變數的值后，其他執行緒可以立即看到這個修改，

面試官：看來你使用的很好，下面問一點深入的東西，回答不上來也沒關系，可以自己想想，

面試官：好的，那么你能夠從 "synchronized" 的底層 Java 實作角度，解釋一下它的實作原理嗎？

候選人： 當一個執行緒訪問一個被 "synchronized" 關鍵字修飾的方法或代碼塊時，它會嘗試獲取該物件的監視器鎖，如果該鎖已經被其他執行緒持有，則該執行緒將被阻塞，直到該鎖被釋放，在 Java 中，每個物件都有一個監視器鎖，也稱為內部鎖或互斥鎖，當一個執行緒獲取了一個物件的監視器鎖后，其他執行緒就無法訪問該物件的被 "synchronized" 關鍵字修飾的方法或代碼塊，直到該鎖被釋放，

在 Java 中，"synchronized" 關鍵字的實作是基于物件頭中的標記字，當一個物件被鎖定時，它的標記字會被設定為鎖定狀態，當鎖被釋放時，標記字會被清除，在 Java 6 及之前的版本中，物件頭中的標記字是 32 位的，其中 25 位用于存盤物件的哈希碼，4 位用于存盤物件的分代年齡，2 位用于存盤鎖標志位，1 位用于存盤是否是偏向鎖，在 Java 7 及之后的版本中，物件頭中的標記字被重新設計，其中 32 位用于存盤物件的哈希碼和分代年齡，而鎖標志位則被存盤在一個單獨的資料結構中，

面試官：很好，你的回答很詳細，那么，你能夠給我講講 "synchronized" 關鍵字的優化策略嗎？

候選人： 當然，在 Java 中，"synchronized" 關鍵字的性能開銷比較大，因為每個執行緒都需要獲取鎖才能訪問被修飾的代碼，為了優化 "synchronized" 關鍵字的性能，Java 6 及之后的版本中引入了偏向鎖、輕量級鎖和重量級鎖等優化策略，

偏向鎖是一種針對單執行緒訪問同步塊的優化策略，當一個執行緒訪問一個被 "synchronized" 關鍵字修飾的代碼塊時，它會嘗試獲取該物件的偏向鎖，如果該鎖沒有被其他執行緒持有，則該執行緒可以直接獲取該鎖，而無需進行同步操作，如果該鎖已經被其他執行緒持有，則該執行緒會嘗試升級為輕量級鎖或重量級鎖，

輕量級鎖是一種針對多執行緒訪問同步塊的優化策略，當一個執行緒訪問一個被 "synchronized" 關鍵字修飾的代碼塊時，它會嘗試獲取該物件的輕量級鎖，如果該鎖沒有被其他執行緒持有，則該執行緒可以直接獲取該鎖，而無需進行同步操作，如果該鎖已經被其他執行緒持有，則該執行緒會嘗試自旋等待該鎖的釋放，

重量級鎖是一種針對多執行緒訪問同步塊的默認策略，當一個執行緒訪問一個被 "synchronized" 關鍵字修飾的代碼塊時，它會嘗試獲取該物件的重量級鎖，如果該鎖沒有被其他執行緒持有，則該執行緒可以直接獲取該鎖，而無需進行同步操作，如果該鎖已經被其他執行緒持有，則該執行緒會被阻塞，直到該鎖被釋放，

面試官：很好，你的回答很詳細，那么，你能夠給我講講 "synchronized" 關鍵字的底層 Java 原始碼實作嗎？

候選人： 當然，在 Java 中，"synchronized" 關鍵字的底層實作是通過 monitorenter 和 monitorexit 指令來實作的，當一個執行緒訪問一個被 "synchronized" 關鍵字修飾的方法或代碼塊時，它會嘗試獲取該物件的監視器鎖，這可以通過 monitorenter 指令來實作，當該執行緒執行完被 "synchronized" 關鍵字修飾的方法或代碼塊后，它會釋放該物件的監視器鎖，這可以通過 monitorexit 指令來實作，

參考底層指令：

以下是 JVM 中與 "synchronized" 相關的原始碼：

monitorenter 指令的實作：

void Interpreter::monitorenter() {
  oop obj = stack_top().get_obj(); // 獲取堆疊頂元素，即被鎖定的物件
  if (obj == NULL) { // 如果物件為空，則拋出 NullPointerException 例外
    THROW(vmSymbols::java_lang_NullPointerException());
  }
  BasicLock* lock = obj->mark()->lock(); // 獲取物件的鎖
  if (lock->displaced_header() == NULL) { // 如果鎖沒有被其他執行緒持有，則嘗試獲取鎖
    // Fast path: lock is unheld, try to acquire it
    if (lock->displaced_header() == NULL &&
        lock->displaced_owner() == NULL &&
        lock->set_displaced_header()) {
      // Lock acquired
      return; // 獲取鎖成功，直接回傳
    }
  }
  // Slow path: lock is held or contention detected
  InterpreterRuntime::monitorenter(THREAD, obj); // 獲取鎖失敗，呼叫 InterpreterRuntime::monitorenter() 方法進行同步操作
}

在上面的代碼中，monitorenter 指令的實作是通過獲取物件的鎖來實作的，如果該鎖沒有被其他執行緒持有，則該執行緒可以直接獲取該鎖，而無需進行同步操作，如果該鎖已經被其他執行緒持有，則該執行緒會嘗試升級為輕量級鎖或重量級鎖，

monitorexit 指令的實作：

void Interpreter::monitorexit() {
  oop obj = stack_top().get_obj(); // 獲取堆疊頂元素，即被鎖定的物件
  if (obj == NULL) { // 如果物件為空，則拋出 NullPointerException 例外
    THROW(vmSymbols::java_lang_NullPointerException());
  }
  BasicLock* lock = obj->mark()->lock(); // 獲取物件的鎖
  if (lock->displaced_header() == THREAD) { // 如果鎖被當前執行緒持有，則直接釋放鎖
    // Fast path: lock is held by this thread, release it
    lock->clear_displaced_header();
    return; // 釋放鎖成功，直接回傳
  }
  // Slow path: lock is held by another thread or unheld
  InterpreterRuntime::monitorexit(THREAD, obj); // 釋放鎖失敗，呼叫 InterpreterRuntime::monitorexit() 方法進行同步操作
}

在上面的代碼中，monitorexit 指令的實作是通過釋放物件的鎖來實作的，如果該鎖被當前執行緒持有，則該執行緒可以直接釋放該鎖，而無需進行同步操作，如果該鎖被其他執行緒持有，則該執行緒會被阻塞，直到該鎖被釋放，

ObjectMonitor 類的實作：

class ObjectMonitor : public CHeapObj<mtSynchronizer> {
  friend class VMStructs;
 private:
  volatile intptr_t _header; // 物件頭，用于存盤鎖狀態和其他資訊
  volatile intptr_t _count; // 計數器，用于記錄重入次數
  volatile intptr_t _waiters; // 等待佇列長度，用于記錄等待鎖的執行緒數
  volatile intptr_t _recursions; // 遞回深度，用于記錄當前執行緒已經獲取鎖的次數
  volatile intptr_t _object; // 物件指標，指向被鎖定的物件
  volatile intptr_t _owner; // 持有者指標，指向當前持有鎖的執行緒
  volatile intptr_t _WaitSet; // 等待佇列頭指標，指向等待佇列的頭節點
  volatile intptr_t _EntryList; // 等待佇列尾指標，指向等待佇列的尾節點
  volatile intptr_t _cxq; // 等待佇列的條件變數，用于支持條件變數的等待和喚醒操作
  volatile intptr_t _FreeNext; // 空閑鏈表指標，用于回收 ObjectMonitor 物件
  volatile intptr_t _Responsible; // 責任執行緒指標，用于記錄最后一個釋放鎖的執行緒
  volatile intptr_t _SpinFreq; // 自旋頻率，用于控制自旋等待的時間
  volatile intptr_t _SpinClock; // 自旋時鐘，用于記錄自旋等待的時間
  volatile intptr_t _SpinDuration; // 自旋持續時間，用于控制自旋等待的時間
  volatile intptr_t _SpinEarly; // 自旋提前量，用于控制自旋等待的時間
  volatile intptr_t _contentions; // 競爭次數，用于記錄獲取鎖的競爭次數
  volatile intptr_t _succ; // 成功次數，用于記錄獲取鎖的成功次數
  volatile intptr_t _cxqWaitTime; // 條件變數等待時間，用于記錄條件變數等待的時間
  volatile intptr_t _reserved; // 保留欄位，用于未來擴展
  static int _header_offset; // 物件頭偏移量，用于訪問物件頭中的資訊
  static int _count_offset; // 計數器偏移量，用于訪問計數器中的資訊
  static int _waiters_offset; // 等待佇列長度偏移量，用于訪問等待佇列長度中的資訊
  static int _recursions_offset; // 遞回深度偏移量，用于訪問遞回深度中的資訊
  static int _object_offset; // 物件指標偏移量，用于訪問物件指標中的資訊
  static int _owner_offset; // 持有者指標偏移量，用于訪問持有者指標中的資訊
  static int _WaitSet_offset; // 等待佇列頭指標偏移量，用于訪問等待佇列頭指標中的資訊
  static int _EntryList_offset; // 等待佇列尾指標偏移量，用于訪問等待佇列尾指標中的資訊
  static int _cxq_offset; // 條件變數偏移量，用于訪問條件變數中的資訊
  static int _FreeNext_offset; // 空閑鏈表指標偏移量，用于訪問空閑鏈表指標中的資訊
  static int _Responsible_offset; // 責任執行緒指標偏移量，用于訪問責任執行緒指標中的資訊
  static int _SpinFreq_offset; // 自旋頻率偏移量，用于訪問自旋頻率中的資訊
  static int _SpinClock_offset; // 自旋時鐘偏移量，用于訪問自旋時鐘中的資訊
  static int _SpinDuration_offset; // 自旋持續時間偏移量，用于訪問自旋持續時間中的資訊
  static int _SpinEarly_offset; // 自旋提前量偏移量，用于訪問自旋提前量中的資訊
  static int _contentions_offset; // 競爭次數偏移量，用于訪問競爭次數中的資訊
  static int _succ_offset; // 成功次數偏移量，用于訪問成功次數中的資訊
  static int _cxqWaitTime_offset; // 條件變數等待時間偏移量，用于訪問條件變數等待時間中的資訊
  static int _reserved_offset; // 保留欄位偏移量，用于訪問保留欄位中的資訊
  ...
};

在上面的代碼中，ObjectMonitor 類是 JVM 中與 "synchronized" 相關的核心類之一，它包含了物件的監視器鎖的狀態資訊，例如鎖的持有者、等待佇列、遞回深度等，在 Java 中，每個物件都有一個 ObjectMonitor 物件與之對應，用于實作 "synchronized" 關鍵字的同步機制，

面試官：很好，你的回答很全面，你已進入候補名單，有訊息會通知你，

候選人： 原始碼都背下來了，你給我看這，

最近我在更新《面試1v1》系列文章，主要以場景化的方式，講解我們在面試中遇到的問題，致力于讓每一位工程師拿到自己心儀的offer，感興趣可以關注JavaPub追更！

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《面試1v1》Java面試八股文

《面試1v1》是我在面試中總結和推理出來的，準備在跳槽時溫習回顧使用，

它采用對話的方式、口語化描述技術點，這里沒有花費長篇大論的描述 API 怎么用，主要涉及到的都是高頻面試題、及作業中如何使用，我還穿插了部分原始碼決議，因為現在面試中八股文必不可少，讓文章由淺入深的更好理解，模擬了在真實面試場景中，候選人該如何回答，

迫不及待要看 面試1v1 全集怎么辦？目前在持續更新中，我一般會先更新到公眾號，提催更

什么是《面試1v1》？

《面試1v1》是一個以對話形式講解知識點的文章合集，是由 JavaPub 撰寫的真人1對1面試對話教程，通過真實案例撰寫，生動、有趣、干貨滿滿，

為什么要寫《面試1v1》這個專題？

我在后臺收到很多讀者的描述，說自己在面試準備程序中感覺抓不住重點，總是復習的沒考、考的沒復習，面試過后導致自己自信心受挫，不知道???♀?該看點什么來，

這里主要以我的經驗給大家一個參照，我們如何在面試中自然的對答，不會因為緊張的忘記，如果用自己的話描述技術難題，避免背課文式的對話，

《面試1v1》有什么用？

文中大多是以實際面試中遇到的情況撰寫，幾乎是大白話式的對話，涉及到的原始碼我也在對話中做了標注，方便我們查閱遺忘的知識點，

最終的目標是幫助大家更好的掌控面試，拿到心儀offer，

《面試1v1》收費嗎，在哪里可以看到全集？

由 JavaPub 完全免費提供，并且持續更新中，在 wx 搜索 JavaPub 就可以直接查看全系列文章，

面試1v1 之后會出第二季嗎？

會的，第二季會從大白話原始碼的角度出發，八股文的朋友不要錯過，

【面試1v1】hashmap

【面試1v1】java注解

【面試1v1】java泛型

【面試1v1】java多執行緒

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【面試1v1】javaNIO

【面試1v1】synchronized

【面試1v1】volatile

【面試1v1】執行緒池

【面試1v1】ThreadLocal

【面試1v1】JVM記憶體模型

【面試1v1】CountDownLatch-CyclicBarrier

【面試1v1】JVM類加載程序

【面試1v1】垃圾回識訓制

原創電子書
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