从对象头到内存屏障：synchronized 如何实现原子性、可见性与有序性

原文来自于：zha-ge.cn/java/95

从对象头到内存屏障：synchronized 如何实现原子性、可见性与有序性

有时候你写 Java，总觉得自己像个江湖上的镖师，左挡右护，不就想保证点安全么？可Java的并发世界水深火热，总掏点“锁”出来——尤其那只老生常谈的synchronized。今天就聊聊，它到底凭什么让多线程乖乖听话：啥原子性、可见性、有序性，这把锁都给咱整明白了没？

那个关于锁的故事

说起来，初入江湖我也天真。以为synchronized真的只是个语法糖，平平无奇嘛，synchronized(this) { ... }，进来转一圈就出去了，最多慢点罢了。但有一天，师傅咂吧咂吧嘴：“你知道这玩意到底怎么保安全的吗？光靠编译器？Dream on。”

一语点醒梦中人：synchronized既不是魔法，也不是纯忽悠。它是怎么“定海神针”似地，把线程按住的？

结果一探…对象头、Monitor、内存屏障统统蹦出来

乱翻资料时，冷不丁瞄到JVM里啥叫“对象头”（Object Header），再结合synchronized用法，谜团渐渐解锁：

• 对象头里有Mark Word 别小瞧这玩意，线程拿锁全靠它做标记。什么轻量锁、偏向锁、重量锁，翻来覆去全在你对象头里搅和。

• Monitor，实为底层功臣 JVM分配的Monitor对象，负责排队、唤醒、混合通知，像个勤快的门卫。

• 内存屏障 这才是synchronized保障三大特性的底牌！每次加锁解锁，JVM都会在字节码里加上monitorenter/monitorexit指令，插入内存屏障，刷一遍主内存。

上一篇代码吐槽：

synchronized(obj) {
    // 可能同时有10个线程要用这个资源
    doSomething(); // 这里安全了
}

你以为这就是if(有人进来) { 等一等 }这么简单吗？No no no，实际 JVM 代码执行 roughly 是：

• monitorenter: 检查/获取对象的Mark Word
• JMM插内存屏障，强制刷新本地、高速缓存
• 进代码块干正事
• monitorexit: 改回Mark Word & 屏障，再放出去

踩坑瞬间

说个真实故事。某天我自信给counter++加上synchronized，性能稳得一批。

private int counter = 0;
public void add() {
    synchronized(this) {
        counter++;
    }
}

问题来了——老板疯狂问我为什么吞掉了“可见性问题”。什么鬼？代码里不是锁得死死的？

其实是我误会了锁的作用域——要命的时候发现，锁的是堆上的对象，对象头一切OK，但如果你给别的对象加锁，只保证持有锁的那段代码安全，可视野之外满是危险。

而且，可见性靠的不是你开的锁，而是加解锁那一瞬间的【内存屏障】。少了它，线程A看不见线程B刚写入的值，数据像“隔壁老王”一样神秘莫测。还有队友脑洞太大，直接用synchronized(new Object())，结果每次锁对象都不一样——等于没加锁，简直字节码水平的社会性死亡！

经验启示

这几年下来，和synchronized斗智斗勇，总结几点超实用经验，闪电给你划重点：

• 锁不是万能——它只是阻拦线程、顺便在内存上来一波flush和sync。对象头混入Mark Word，JVM monitor做骚操作，底层比你想象得复杂N倍。
• 记住：关键的可见性、有序性，主要靠JVM编译器偷偷塞的内存屏障。不是你肉眼可见的那个花括号。
• 别用new Object()当锁，锁定class或其他全局唯一对象。
• 小心死锁和性能瓶颈，锁的粒度、用法都很讲究。

最后，面试遇到“三大特性”，别只会嘴巴说“原子性、可见性、有序性好呀”——背后原理、对象头里藏的秘密，你得有点小故事，才敢拍胸脯说“我懂点门道”！

搞半天，synchronized其实江湖地位还挺有趣——它介于玄学和底层之间。谁说锁一定烂，关键看你会不会用，用得巧，JVM也会帮你省事。好了我去喝杯咖啡，写bug得趁热。