在Java中,每个对象都有一个与之关联的监视器(也称为锁),用于实现对象级别的同步。当一个线程进入synchronized修饰的方法或代码块时,它会尝试获取该对象的监视器。如果监视器没有被其他线程占用,那么该线程就可以获取到监视器,并执行synchronized修饰的代码。如果监视器已经被其他线程占用,那么该线程就会被阻塞,直到监视器被释放。
在底层,synchronized关键字通过使用对象头中的标志位来实现线程的同步和互斥。对象头中的标志位包括锁标志位、偏向锁标志位、轻量级锁标志位和重量级锁标志位。
当一个线程进入synchronized修饰的代码块时,它会尝试获取对象的锁标志位。如果锁标志位为可获取状态,那么该线程就可以获取锁,并将锁标志位设置为锁定状态。如果锁标志位为锁定状态,那么该线程就会进入轻量级锁或重量级锁的竞争。
在竞争的情况下,如果线程竞争成功,就可以获取到对象的锁,并将锁标志位设置为锁定状态。如果线程竞争失败,就会进入自旋状态,不断尝试获取锁。如果自旋一定次数后仍然无法获取锁,那么线程就会进入重量级锁的等待队列,进入阻塞状态。
当一个线程执行完synchronized修饰的代码块后,会释放对象的锁,并将锁标志位设置为可获取状态,以便其他线程可以竞争获取锁。
总之,synchronized关键字通过对象监视器和锁标志位的机制,实现了线程的同步和互斥。它保证了同一时间只有一个线程可以执行synchronized修饰的代码块,从而保证了多线程环境下的数据一致性和线程安全性。