synchronized 锁升级过程
时间: 2024-09-18 07:05:09 浏览: 76
`synchronized`关键字在Java中用于控制对共享资源的访问，以防止多线程并发时可能出现的数据竞争。锁升级（Lock Promotion）是指当一个线程获取到的是轻量级锁（lightweight lock），而后续执行过程中发现满足条件，会将锁转换为更高效的形式，通常是重量级锁（ heavyweight lock）或偏向锁（biased lock）。这个过程通常发生在以下几个场景：
1. 轻量级锁：对于第一个锁定对象的线程，如果它没有被其他线程阻塞，并且当前堆栈帧中有足够空间存储锁对象的状态信息，那么会创建一个轻量级锁。
2. 偏向锁：如果线程A已经持有对象的偏向锁，然后线程B尝试获取该对象的同步权限，线程A继续持有偏向锁，直到线程B进入临界区并加锁成功。
3. 锁升级：当一个线程拥有偏向锁或者轻量级锁，其他线程需要获取同步权限时，如果当前锁状态满足一定的条件（比如线程A持有偏向锁并且没有其他线程等待），JVM会选择锁升级。这可能导致锁从偏向锁或轻量级锁升级为重量级锁，使得所有后续试图获取锁的线程都需要进行一次全局的锁定操作。
锁升级的过程相对较少见，因为偏向锁和轻量级锁的设计是为了提高锁的效率，只有在特定条件下才会发生。当线程间的交互增加，或者系统负载较高时，这种升级才可能发生。
相关问题
synchronized锁升级过程
synchronized是Java中的关键字，用于实现线程同步，保证多个线程访问共享资源时的互斥和可见性。synchronized锁升级过程是指在Java虚拟机中，synchronized在不同情况下使用的锁的类型会发生变化，从无锁状态到偏向锁、再到轻量级锁、最后到重量级锁，这个过程被称为锁升级。
具体来说，锁的升级过程如下：
1. 无锁状态：当没有线程竞争同步资源时，处于无锁状态，线程可以自由地进入和退出同步块，不需要任何同步机制。
2. 偏向锁状态：当只有一个线程访问同步资源时，此时该线程会尝试获取偏向锁，如果获取成功，则标记该线程ID，并将锁对象头的标志位设置为偏向锁。此时，该线程再次进入同步块时，无需进行同步操作，直接进入即可，从而提高了性能。
3. 轻量级锁状态：当存在多个线程竞争同步资源时，此时偏向锁失效，线程会尝试使用CAS（Compare and Swap）操作将锁对象头中的标志位由偏向锁转换为轻量级锁，如果转换成功，当前线程会将锁对象头复制一份到线程栈的锁记录中，并在锁对象头中存储指向线程栈中锁记录的指针。此时，其他线程访问同步资源时，需要通过自旋等待轻量级锁的释放，以获取该锁。
4. 重量级锁状态：当自旋等待超过一定次数或者线程数超过一定阈值时，锁会从轻量级锁状态升级为重量级锁状态，此时获取该锁的线程会被挂起，等待锁被释放后再次竞争。
总的来说，锁的升级过程是为了在不同的场景下使用不同的锁来提高性能和效率，但需要注意的是，锁的升级过程会带来额外的开销，因此需要根据具体场景进行调整。
synchronized锁升级过程?
### Java 中 synchronized 锁的升级机制及过程
#### 偏向锁 (Biased Locking)
当一个线程访问同步块并获取锁时，JVM会标记此对象为偏向该线程的对象。如果后续由同一个线程再次访问这个同步块，则无需重新加锁和解锁操作，只需简单地验证当前线程是否仍然拥有偏向锁即可[^1]。这种机制减少了频繁进入退出同步块所带来的性能开销。
#### 轻量级锁 (Lightweight Locking)
一旦有第二个线程尝试访问被第一个线程持有的锁时，就会触发轻量级锁模式。在此阶段，JVM不会立即将锁降级为重量级锁；而是采用一种称为自旋的方式让后来的竞争者循环等待直到原持有者释放锁为止[^2]。这种方式适用于那些锁定时间很短的情况，因为避免了操作系统层面昂贵的上下文切换成本。
#### 自旋锁 (Spin Lock)
作为轻量级锁的一部分，自旋锁是一种忙等待技术，即在一定次数内不断重试以期获得所需的资源而不停留在队列里排队等候调度器安排执行机会[^3]。对于大多数应用来说，默认情况下只有短暂时间段内的争用才会启用自旋策略，超过设定阈值则转为传统阻塞方式处理请求。
#### 重量级锁 (Heavyweight Locking)
最终，在高并发环境下或者长时间占用锁的情况下，synchronized 将退化成基于操作系统互斥量（mutex lock）实现的传统重量级锁形式。此时涉及到用户态与核心态之间的转换以及可能伴随而来的时间片分配等问题，因此其代价相对较高[^4]。
综上所述，`synchronized` 的锁升级路径大致遵循如下顺序：**偏向锁 -> 轻量级锁(含自旋锁) -> 重量级锁**。每一步骤都旨在适应特定条件下的最优解决方案，从而达到既保障数据一致性又兼顾效率的目的。
```java
public class SynchronizationExample {
private final Object monitor = new Object();
public void methodA() {
synchronized(monitor){
System.out.println("Executing Method A");
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
SynchronizationExample example=new SynchronizationExample();
Thread t1= new Thread(()->{example.methodA();});
Thread t2= new Thread(()->{example.methodA();});
t1.start();t2.start();
t1.join();t2.join();
}
}
```
上面展示了一个简单的例子来演示两个线程如何竞争同一把监视器上的锁，并经历潜在的不同类型的锁状态变化。
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### SOA设计原则
1. **服务导向架构(SOA)基础**：
- SOA是一种设计原则，它将业务操作封装为可以重用的服务。
- 服务是独立的、松耦合的业务功能，可以在不同的应用程序中复用。
2. **服务设计**：
- 设计优质服务对于构建成功的SOA至关重要。
- 设计过程中需要考虑到服务的粒度、服务的生命周期管理、服务接口定义等。
3. **服务重用**：
- 服务设计的目的是为了重用，需要识别出业务领域中可重用的功能单元。
- 通过重用现有的服务，可以降低开发成本，缩短开发时间，并提高系统的整体效率。
4. **服务的独立性与自治性**：
- 服务需要在技术上是独立的，使得它们能够自主地运行和被管理。
- 自治性意味着服务能够独立于其他服务的存在和状态进行更新和维护。
5. **服务的可组合性**：
- SOA强调服务的组合性，这意味着可以通过组合不同的服务构建新的业务功能。
- 服务之间的交互应当是标准化的，以确保不同服务间的无缝通信。
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- 在设计服务时，最好让服务保持无状态，以便它们可以被缓存、扩展和并行处理。
- 状态信息可以放在服务外部，比如数据库或缓存系统中。
7. **服务的可发现性**：
- 设计服务时，必须考虑服务的发现机制，以便服务消费者可以找到所需的服务。
- 通常通过服务注册中心来实现服务的动态发现和绑定。
8. **服务的标准化和协议**：
- 服务应该基于开放标准构建，确保不同系统和服务之间能够交互。
- 服务之间交互所使用的协议应该广泛接受，如SOAP、REST等。
9. **服务的可治理性**：
- 设计服务时还需要考虑服务的管理与监控，确保服务的质量和性能。
- 需要有机制来跟踪服务使用情况、服务变更管理以及服务质量保障。
10. **服务的业务与技术视角**：
- 服务设计应该同时考虑业务和技术的视角，确保服务既满足业务需求也具备技术可行性。
- 业务规则和逻辑应该与服务实现逻辑分离，以保证业务的灵活性和可维护性。
### SOA的实施挑战与最佳实践
1. **变更管理**：
- 实施SOA时需要考虑到如何管理和适应快速变更。
- 必须建立适当的变更控制流程来管理和批准服务的更改。
2. **安全性**：
- 安全是SOA设计中的一个关键方面，需要确保服务交互的安全。
- 需要实现身份验证、授权、加密和审计机制以保护数据和服务。
3. **互操作性**：
- 服务应设计为可与不同平台和技术实现互操作。
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4. **质量保证**：
- 对服务进行持续的质量监控和改进是实施SOA不可或缺的一部分。
- 服务质量（QoS）相关的特性如性能、可靠性、可用性等都应被纳入设计考量。
5. **投资回报(ROI)和成本效益分析**：
- 从经济角度评估实施SOA的合理性。
- 在设计服务时考虑长期成本节约和ROI。
根据以上知识点的总结，可以看出“Prentice.Hall.SOA.Principles.of.Service.Design.Jul.2007.pdf”这本书很可能是系统地介绍SOA设计原则和最佳实践的专业著作，对于想要深入了解SOA设计的读者来说是一本宝贵的参考资料。
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