synchronized的高频面试题以及答案
以下是关于Java中`synchronized`关键字的高频面试题及答案解析，结合原理、使用场景和底层实现进行归纳：
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一、基本概念与作用
1. `synchronized`的作用是什么？
`synchronized`是Java的关键字，用于实现线程同步，确保同一时间只有一个线程能执行被保护的代码块或方法，解决多线程环境下的共享资源竞争问题。它提供了互斥性（原子性）和可见性，并间接保证有序性。
- 互斥性：防止多个线程同时修改共享变量。
- 可见性：线程释放锁时将变量刷新到主内存，获取锁时重新加载最新值。
- 有序性：通过锁规则禁止指令重排序。
2. `synchronized`的三种使用方式及锁对象？
| 修饰方式 | 锁对象 | 作用范围 |
|--------------------|--------------------------------|----------------------------------|
| 修饰实例方法 | 当前实例对象（`this`） | 同一实例的同步方法/代码块互斥执行 |
| 修饰静态方法 | 类的`Class`对象 | 所有实例共享同一锁，全局互斥 |
| 修饰代码块 | 括号内指定的对象 | 灵活控制锁范围（如静态成员变量） |
示例：
```java
// 实例方法锁（this）
public synchronized void method() {}
// 静态方法锁（Class对象）
public static synchronized void staticMethod() {}
// 代码块锁（指定对象）
synchronized (lockObject) { ... }
```
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二、底层实现与锁升级
3. `synchronized`的底层实现原理？
- Monitor机制：每个Java对象关联一个监视器（`ObjectMonitor`），通过`monitorenter`（加锁）和`monitorexit`（解锁）指令实现。
- 对象头（Mark Word）：存储锁状态信息，包括哈希码、分代年龄、锁标志位等。锁状态变化时，Mark Word动态调整。
- 锁升级过程：
无锁 → 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁（不可逆）：
- 偏向锁：适用于单线程重复获取锁的场景，记录线程ID，后续无需CAS操作。
- 轻量级锁：通过CAS自旋尝试获取锁，适用于低竞争场景。
- 重量级锁：依赖操作系统互斥量（Mutex），线程阻塞等待，适用于高并发场景。
4. 为什么调用`wait()`/`notify()`需要` synchronized`锁？
- `wait()`/`notify()`操作依赖对象的监视器锁。调用前需获取锁，否则会抛出`IllegalMonitorStateException`。
- 底层原理：`wait()`释放锁并将线程放入`WaitSet`；`notify()`唤醒`WaitSet`中的线程，使其重新竞争锁。
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三、与其他同步机制的对比
5. `synchronized`与`ReentrantLock`的区别？
| 特性 | `synchronized` | `ReentrantLock` |
|------------------|---------------------------------|----------------------------------|
| 实现层面 | JVM层面（字节码指令） | API层面（`java.util.concurrent`） |
| 锁释放 | 自动释放 | 需手动`unlock()` |
| 公平性 | 非公平锁 | 支持公平/非公平模式 |
| 中断响应 | 不支持 | 支持（`lockInterruptibly()`） |
| 条件变量 | 单一等待队列（`wait/notify`） | 多个`Condition`队列 |
| 适用场景 | 简单同步逻辑 | 复杂并发控制（如超时、精确唤醒） |
6. `synchronized`与`volatile`的区别？
| 特性 | `synchronized` | `volatile` |
|------------------|---------------------------------|---------------------------------|
| 原子性 | 是（保证复合操作原子性） | 否（仅保证单次读写原子性） |
| 可见性 | 是 | 是（强制刷新主内存） |
| 禁止重排序 | 是（通过锁规则） | 是（插入内存屏障） |
| 适用场景 | 多线程共享资源修改 | 状态标志、单写多读场景 |
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四、常见陷阱与优化
7. 锁对象选择不当导致线程不安全？
- 错误示例：以`Integer`等包装类作为锁对象，因自动装箱可能创建新对象，导致锁失效。
- 优化建议：使用`final`静态对象或私有锁对象，避免`this`或类对象被意外共享。
8. 如何避免死锁？
- 固定锁顺序：按对象哈希码或唯一标识排序获取锁。
- 减少锁粒度：拆分大锁为小锁（如分段锁）。
- 使用超时机制：`tryLock()`避免无限等待（仅`ReentrantLock`支持）。
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五、高频原理题
9. 为什么`wait()`后需要`notify()`唤醒？
`wait()`释放锁后，线程进入`WaitSet`等待；`notify()`将其移回竞争队列（`EntryList`），但需重新获取锁才能继续执行。
10. 锁升级的触发条件？
- 偏向锁 → 轻量级锁：其他线程尝试获取锁时。
- 轻量级锁 → 重量级锁：自旋次数超限（默认10次）或竞争线程超过CPU一半。
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总结
`synchronized`是Java并发编程的核心机制，需掌握其锁对象选择、锁升级过程及与ReentrantLock/volatile的差异。实际开发中，优先使用`volatile`或原子类优化性能，高并发场景可结合`ReentrantLock`实现复杂控制。更多细节可参考[Java并发编程实战]或HotSpot源码分析。