Java 中重量级锁底层怎么通过监视器锁实现互斥

轻强酱_2276

轻强酱_2276

2026-10-15

573人浏览

原创

重量级锁底层依赖操作系统互斥量(mutex)和objectmonitor实现线程阻塞与唤醒,涉及用户态到内核态切换、上下文开销大、由os调度器管理,故称“重量级”。

java 中重量级锁底层怎么通过监视器锁实现互斥

Java 中的重量级锁(Heavyweight Lock)底层依赖操作系统提供的互斥机制,核心是通过 ObjectMonitor(监视器对象)与 操作系统互斥量(Mutex) 协同完成线程阻塞和唤醒,从而实现真正的互斥。

监视器锁(Monitor)不是 Java 关键字,而是 JVM 内部结构

每个 Java 对象在 JVM 中都关联一个 ObjectMonitor 实例(存储在对象头或同步块对应的栈帧中)。它由 C++ 实现,包含以下关键字段:

  • _owner:指向持有该锁的线程(或 NULL)
  • _WaitSet:等待被 notify 的线程队列(调用 wait() 后进入)
  • _EntryList:等待获取锁的线程队列(竞争失败后挂起前加入)
  • _recursions:重入计数(支持 synchronized 可重入)

当线程执行 synchronized(obj) 时,JVM 会尝试通过 CAS 修改 _owner 字段。若失败,则进入竞争流程,最终可能触发操作系统级别的阻塞。

重量级锁如何触发操作系统介入

轻量级锁和偏向锁失效后(如多线程高竞争),JVM 会将锁膨胀为重量级锁。此时:

  • 所有后续竞争线程不再自旋,而是调用 ObjectMonitor::enter()
  • 该方法内部会调用 os::mutex_lock()(平台相关),例如 Linux 下使用 pthread_mutex_t
  • 线程真正进入内核态,被 OS 调度器挂起(pthread_mutex_lock 阻塞),直到锁释放并被唤醒

注意:_EntryList 中的线程并非直接调用系统调用,而是由 JVM 在锁释放时统一唤醒其中一个,并由其再次尝试获取 mutex —— 这避免了“惊群效应”。

OpenJDK 24
OpenJDK 24

OpenJDK 24 Windows x64 官方参考实现(24+36),适合 Windows 环境进行 Java 开发、编译、运行和版本兼容性验证。

下载

锁释放时的唤醒逻辑很关键

当持有锁的线程退出 synchronized 块,JVM 调用 ObjectMonitor::exit():

  • 先将 _owner 置为 NULL
  • 若 _EntryList 非空,从中取出一个线程,将其状态设为 RUNNABLE,并唤醒(Linux 下调用 pthread_cond_signal 或类似机制)
  • 若存在 _WaitSet 中的线程(即调用了 wait),则不会在此刻唤醒——需显式 notify

这个过程确保了只有一个线程能真正重新进入临界区,达成互斥。

为什么说它是“重量级”

因为涉及:

  • 用户态到内核态的切换(上下文切换开销大)
  • 操作系统线程调度参与(不可控、延迟高)
  • 内存屏障 + 全局锁(如 Mutex 内部可能用 futex 或更重的 sys_futex(FUTEX_WAIT))
  • 无法避免的队列管理与唤醒决策(JVM 自己维护 _EntryList)

相比 CAS 自旋或偏向锁的纯用户态操作,它的代价明显更高,但能保证强一致性与公平性(默认非公平,但可配置)。

Java免费学习笔记:立即使用
解锁 Java 大师之旅:从入门到精通的终极指南

相关专题

更多
java
java

Java是一个通用术语,用于表示Java软件及其组件,包括“Java运行时环境 (JRE)”、“Java虚拟机 (JVM)”以及“插件”。php中文网还为大家带了Java相关下载资源、相关课程以及相关文章等内容,供大家免费下载使用。

2023.06.15

10417

6

java正则表达式语法
java正则表达式语法

java正则表达式语法是一种模式匹配工具,它非常有用,可以在处理文本和字符串时快速地查找、替换、验证和提取特定的模式和数据。本专题提供java正则表达式语法的相关文章、下载和专题,供大家免费下载体验。

2023.07.05

7542

9

java自学难吗
java自学难吗

Java自学并不难。Java语言相对于其他一些编程语言而言,有着较为简洁和易读的语法,本专题为大家提供java自学难吗相关的文章,大家可以免费体验。

2023.07.31

6612

8

java配置jdk环境变量
java配置jdk环境变量

Java是一种广泛使用的高级编程语言,用于开发各种类型的应用程序。为了能够在计算机上正确运行和编译Java代码,需要正确配置Java Development Kit(JDK)环境变量。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来阅读学习。

2023.08.01

1124

3

java保留两位小数
java保留两位小数

Java是一种广泛应用于编程领域的高级编程语言。在Java中,保留两位小数是指在进行数值计算或输出时,限制小数部分只有两位有效数字,并将多余的位数进行四舍五入或截取。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来阅读学习。

2023.08.02

928

3

java基本数据类型
java基本数据类型

java基本数据类型有:1、byte;2、short;3、int;4、long;5、float;6、double;7、char;8、boolean。本专题为大家提供java基本数据类型的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2023.08.02

1376

5

java有什么用
java有什么用

java可以开发应用程序、移动应用、Web应用、企业级应用、嵌入式系统等方面。本专题为大家提供java有什么用的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2023.08.02

2749

5

java在线网站
java在线网站

Java在线网站是指提供Java编程学习、实践和交流平台的网络服务。近年来,随着Java语言在软件开发领域的广泛应用,越来越多的人对Java编程感兴趣,并希望能够通过在线网站来学习和提高自己的Java编程技能。php中文网给大家带来了相关的视频、教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读和下载。

2023.08.03

20051

3

配置java环境变量
配置java环境变量

配置Java环境变量是为了让操作系统能够识别和使用Java的相关命令和功能。本专题为大家提供配置java环境变量相关文章,帮助大家解决问题。

2023.08.03

1215

8

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
dev.java 官方:Learn Java
dev.java 官方:Learn Java

共0课时 | 0人学习

Java JDBC数据库连接官方教程
Java JDBC数据库连接官方教程

共0课时 | 0人学习