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锁与 synchronized：从偏向锁到锁升级的完整链路
synchronized 关键字看起来简单，背后却是一整套锁优化：偏向锁→轻量级锁→重量级锁。JVM 会根据竞争程度自动升级，从不降级。这一页把锁对象头、Monitor、自旋、ReentrantLock 对比一次讲清，面试不再只背"加锁"两个字。
① 怎么学（4 步走，约 70 分钟）
先建立直觉再抠细节，按这四步走最稳：
1看图建立直觉（10 分钟）
读②③：先在脑子里画出本课核心结构图。
2记完整体系（15 分钟）
读④：把对比表和公式看懂，不要急着背。
3跟例题走一遍（20 分钟）
精读⑤：看三个例题怎么用知识点解题。
4刷题纠错（剩余时间）
做⑦⑩，错题回⑥诊断。
本课小目标学完你要能：① 说出 synchronized 三种用法；② 解释锁升级过程；③ 对比 synchronized 与 ReentrantLock；④ 说清对象头 Mark Word 结构。
② 一图看懂：锁升级与锁对比全景
读法：中心是本课主题，四条分支展开核心维度，下方是典型应用与高频易错点。
③ 本质直觉：锁就是"门口排队证"
想象一个厕所只有一个坑位。没人抢的时候，进去的人在门上贴个名字条（偏向锁），下次还是他来直接进，不用反复确认。
偶尔有人来碰一下，发现名字不是自己，就把名字条撕掉，改成一把自行车锁（轻量级锁）：大家轮流用手去抠锁，抠到就进，抠不到就在原地蹦跶几下（自旋），不真的去睡觉。
如果抢的人越来越多，自行车锁抠不过来，直接换成铁门大锁（重量级锁）：抢不到的人去等候室排队睡觉（操作系统阻塞），等里面的人出来叫醒一个。这就是 Monitor。
锁只能升级不能降级：JVM 一旦发现竞争激烈，就升级到重量级，不会因为后来没人抢了再退回去。这是因为"降级"需要协调成本，不如直接维持现状。
synchronized 锁住的是什么实例方法锁 this；静态方法锁 Class 对象；代码块锁括号里指定的对象。锁的不是代码，是对象。
④ 完整知识体系
三种锁状态与 ReentrantLock 对比
| 对比项 | synchronized | ReentrantLock |
|---|
| 实现层级 | JVM 关键字 | JDK API（AQS） |
| 锁释放 | 自动释放 | 必须 finally 手动 unlock |
| 可中断 | 不可 | lockInterruptibly 可中断 |
| 可超时 | 否 | tryLock 带超时 |
| 公平锁 | 非公平 | 可选公平/非公平 |
| 条件队列 | 一个 waitSet | 多个 Condition |
| 锁升级 | 偏向→轻量→重量 | 直接基于 AQS 队列 |
对象头 Mark Word（32位）unused:25 | hashCode:31 | 分代:4 | 锁标志:2
重入次数偏向锁记录线程ID；轻量级锁在栈帧Lock Record计数；重量级锁在Monitor中计数
synchronized 三种用法
修饰实例方法：锁当前对象 this。
修饰静态方法：锁类对象 Xxx.class。
修饰代码块：锁括号里指定的对象。
Monitor（管程）结构
每个对象关联一个 Monitor：_owner 指向持有线程，_EntryList 存放等待锁的线程队列，_WaitSet 存放 wait() 等待的线程。进入时 owner 为空就设为自己，否则进 EntryList 阻塞。
为什么 wait() 必须在 synchronized 里wait/notify 操作的是 Monitor 的 WaitSet，没有持有 Monitor 就没有 WaitSet 可用，JVM 直接抛 IllegalMonitorStateException。
⑤ 应用场景与例题
例1 synchronized 锁的是 this 还是 Class？
两个线程分别调用同一个对象的实例 synchronized 方法和另一个对象的静态 synchronized 方法，会互斥吗？
不会。实例方法锁 this（对象锁），静态方法锁 Class（类锁），两把不同的锁互不影响。
例2 wait() 和 sleep() 区别？
为什么 wait 会释放锁，sleep 不释放？
wait 是 Object 方法，主动放弃 Monitor 进入 WaitSet，所以释放锁；sleep 是 Thread 静态方法，只是让线程暂停，不释放任何监视器。
例3 ReentrantLock 为什么要 finally unlock？
不写 finally 会怎样？
try 块里抛异常后，lock 不会自动释放，其他线程永远阻塞。必须在 finally 里 unlock()，确保异常路径也释放。
做题心法"锁的不是代码是对象"，这句话能解决一半面试题。
⑥ 高频错误诊断（4 条）
错误1：以为 synchronized 锁的是代码块锁的是括号里的对象。不同对象两把锁，不互斥。
错误2：wait() 没在 synchronized 里调用直接抛 IllegalMonitorStateException，必须先持有对象锁。
错误3：ReentrantLock 忘记 finally unlock异常后锁泄漏，其他线程永久阻塞。
错误4：以为锁可以降级JVM 锁只升级不降级，一旦到重量级就维持，不会因竞争消失而退回偏向。
⑦ 考点真题演练（5 题）
考点分布
| 考法 | 出题形式 | 应对 |
|---|
| 锁升级 | 问顺序 | 偏向→轻量→重量 |
| 锁对象 | 问静态/实例方法 | 类锁 vs 对象锁 |
| wait/sleep | 谁释放锁 | wait 释放，sleep 不释放 |
| ReentrantLock | 比 synchronized 多什么 | 可中断/可超时/多条件 |
真题basic1. synchronized 修饰实例方法时，锁的是？
真题mid2. JVM 锁升级的正确顺序是？
真题mid3. 关于 wait() 和 sleep()，正确的是？
真题hard4. ReentrantLock 相比 synchronized，不具备以下哪个特性？
真题hard5. synchronized 静态方法和实例方法是否互斥？
⑧ 必背知识点卡
三用法：实例方法锁 this，静态方法锁 Class，代码块锁指定对象
升级：偏向→轻量→重量，只升不降
偏向锁：对象头记录线程ID，无竞争时零成本
轻量级：CAS 自旋，适合短任务
重量级：Monitor，EntryList 排队阻塞
wait/notify：必须在 synchronized 内，wait 释放锁
ReentrantLock：finally 必须 unlock，可中断可超时
⑨ 动手输出：解释为什么双重检查单例要 volatile
场景：写一个懒加载单例，为什么 instance = new Singleton() 要加 volatile？
① 现象：不加 volatile 时，可能拿到半初始化的对象。
② 原因：new 操作分三步：分配内存→初始化对象→引用指向内存。JIT 可能重排成 1→3→2。
③ 问题：线程 A 执行到 3（引用已非空但对象未初始化），线程 B 判断 instance != null 直接返回，拿到半成品。
④ 解法：volatile 禁止指令重排，保证初始化完成后引用才可见。
⑤ 配套：synchronized 保证同一时刻只有一个线程进临界区，volatile 保证可见性和有序性。
口述思路"锁解决互斥，volatile解决可见性和有序性，两个一起才是完整方案。"
⑩ 分层练习（基础 + 中档 + 拔高）
▍基础 6 题
基础1synchronized 修饰静态方法锁的是谁？
类对象 Xxx.class。
基础2wait() 在哪个类上定义？
java.lang.Object，所有对象都有。
基础3锁升级是单向还是双向？
单向，只升级不降级。
基础4ReentrantLock 不释放会怎样？
其他线程永久阻塞，必须 finally unlock。
基础5偏向锁记录的是什么？
最近获得锁的线程 ID。
基础6notify() 和 notifyAll() 区别？
notify 随机唤醒一个，notifyAll 唤醒全部。
▍中档 5 题
中档1为什么 wait() 要在 synchronized 里？
操作 Monitor 的 WaitSet 必须先持有 Monitor，否则 IllegalMonitorState。
中档2轻量级锁适合什么场景？
线程交替执行、持有时间短，自旋成本低于阻塞。
中档3重量级锁的缺点？
线程进入 OS 阻塞态，上下文切换开销大。
中档4公平锁和非公平锁区别？
公平锁按排队顺序；非公平锁允许新来的线程插队抢锁（吞吐高）。
中档5synchronized 锁升级发生在哪个阶段？
运行时根据竞争情况自动升级，无需手动指定。
▍拔高 5 题
拔高1对象头 Mark Word 存了什么？
hashCode、分代年龄、锁标志位、指向 Monitor 的指针等。
拔高2为什么 JDK15 废弃偏向锁？
现代 JVM 竞争普遍，偏向锁撤销成本高于收益。
拔高3AQS 是什么？
AbstractQueuedSynchronizer，ReentrantLock 等同步器的底层框架，用 CLH 队列管理等待线程。
拔高4Condition 的作用？
替代 wait/notify，一个锁可建多个条件队列（如生产者/消费者分离）。
拔高5synchronized 和 Lock 怎么选？
简单同步用 synchronized（JVM 优化）；需要可中断/超时/多条件时用 ReentrantLock。
⑪ 记忆口诀 + 7 天复习计划
三句口诀① 锁对象不锁代码，实例 this 静态 Class。② 偏向轻量重量升，只升不降记心中。③ wait 放锁 sleep 不放，ReentrantLock 必 finally。
| 天 | 任务 | 自检 |
|---|
| 第 1 天 | 读②③，画锁升级流程图 | 三种锁状态说清 |
| 第 2 天 | 背 synchronized 用法 + 基础 6 题 | 三种用法默写 |
| 第 3 天 | 做中档 5 题，对比 wait/sleep | 区别能讲 |
| 第 4 天 | 做拔高 5 题，写双重检查单例 | 代码正确 |
| 第 5 天 | 做⑦真题 5 题 | 限时每题 2 分钟 |
| 第 6-7 天 | 合书口述 Mark Word 和 Monitor | 不看资料 |
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