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JAVA并發(fā)Monitor工作原理圖解

更新時間：2025年09月29日 09:16:02 作者：嗜好ya

Monitor是Java中實(shí)現(xiàn)互斥鎖（Mutual?Exclusion）的核心工具,本文通過圖文詳解JAVA并發(fā)Monitor工作原理,感興趣的朋友一起看看吧

一、前言

Monitor 是 Java 中實(shí)現(xiàn) 互斥鎖（Mutual Exclusion） 的核心工具。只有一個線程可以持有某個對象的 Monitor，其他線程必須阻塞等待，直到該線程釋放鎖，JVM 中每個對象在重量級鎖的情況才關(guān)聯(lián)著一個 Monitor，當(dāng)線程進(jìn)入鎖等級為重量級的synchronized 代碼時，必須先獲得該對象的 Monitor。

二、Monitor 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

三、Monitor 的工作流程

（1）某線程嘗試進(jìn)入同步代碼塊（monitorenter）

如果 Monitor 沒有被其他線程持有，線程獲得鎖（成為 Owner）。
如果已經(jīng)持有：
- 若是當(dāng)前線程自身（重入），增加計(jì)數(shù)器。
- 否則，進(jìn)入 Entry Queue 阻塞等待。

（2）退出同步代碼塊（monitorexit）

釋放鎖：減少計(jì)數(shù)器；
若計(jì)數(shù)為 0，則清空 Owner，并喚醒 Entry Queue 中的線程開始爭奪鎖。

（3）調(diào)用 wait/notify 時的行為

wait()：
- 當(dāng)前線程釋放鎖，加入 Wait Set，進(jìn)入等待狀態(tài)；
notify()：
- 將 Wait Set 中隨機(jī)選擇一個線程移入 Entry Queue，等待重新競爭鎖。

工作流程圖解

線程零搶占到對象obj的鎖，此時EntryQueue中存放一二三線程等待搶鎖

此時對Thread-0調(diào)用wait()方法，Thread-0釋放鎖并且進(jìn)入WaitSet，EntryQueue隊(duì)列中的線程隨機(jī)獲取鎖，假設(shè)Thread-2獲取到鎖

此時EntryQueue中的線程處于阻塞狀態(tài)（BLOCKED），等待Thread-2釋放鎖再進(jìn)行搶鎖

而此時Thread-0線程進(jìn)入等待狀態(tài)（WAITING或TIMED_WAITING），不參與鎖的競爭，只有恢復(fù)阻塞狀態(tài)時才去參與鎖的競爭

想要從等待狀態(tài)恢復(fù)為阻塞狀態(tài)的三種方法

其他線程調(diào)用notify()或notifyAll()喚醒它
等待超時(如果使用了wait(long timeout)方法)
被中斷(調(diào)用interrupt()方法)

四、Monitor 和鎖的演進(jìn)機(jī)制

JVM 為了性能優(yōu)化，提供了 鎖優(yōu)化策略：

鎖類型	描述
無鎖	默認(rèn)狀態(tài)，適用于單線程環(huán)境，Mark Word 存儲對象的哈希碼、分代年齡等信息。
偏向鎖	偏向于第一個訪問線程，后續(xù)無競爭，Mark Word 會被替換為鎖標(biāo)志位(01)和持有鎖的線程ID
輕量級鎖	多線程但無阻塞，通過 CAS 競爭 Mark Word 會被復(fù)制到線程棧中的鎖記錄(Lock Record) Mark Word 被替換為指向鎖記錄的指針(00表示輕量級鎖) JVM 會撤銷偏向鎖，升級為輕量級鎖
重量級鎖	Monitor 對象控制，線程進(jìn)入阻塞隊(duì)列，性能開銷大，Mark Word 中存儲指向 Monitor 對象(管程/互斥量)的指針

五、Monitor 的作用總結(jié)表

功能	描述
互斥訪問	確保同一時間內(nèi)只有一個線程訪問共享資源
可重入性	同一線程可重復(fù)進(jìn)入臨界區(qū)
線程協(xié)作（條件變量）	支持 `wait/notify` 機(jī)制
阻塞調(diào)度	管理 Entry Queue 和 Wait Set 的線程阻塞與喚醒
性能優(yōu)化依據(jù)	鎖升級的核心控制結(jié)構(gòu)