synchronized锁升级、

### Java 中 `synchronized` 锁升级机制的原理 #### 1. 锁升级概述 在 Java 虚拟机 (JVM) 的实现中，为了提升多线程环境下的性能，引入了锁升级的概念。锁升级是从偏向锁逐步过渡到轻量级锁再到重量级锁的一个过程[^4]。这一设计旨在减少锁操作带来的开销，在不同并发压力下提供最优的性能。 --- #### 2. 偏向锁 偏向锁的核心思想是假设大多数情况下锁只会被一个线程占用。因此，当某个线程首次获取锁时，JVM 将该锁标记为偏向于当前线程，并将线程 ID 记录在对象头中的 Mark Word 部分[^3]。此后，只要仍然是同一线程访问此同步块，就无需进行额外的竞争操作（如 CAS 操作）。这种策略显著减少了单一线程环境下锁的开销。 然而，一旦其他线程试图获取相同的锁，偏向锁的优势便不复存在。此时，JVM 会撤销偏向锁并将其升级为轻量级锁。 --- #### 3. 轻量级锁 当多个线程竞争同一个锁时，偏向锁会被升级为轻量级锁。在这种状态下，线程 B 不会立即进入阻塞状态，而是通过自旋的方式尝试获取锁。具体来说： - 如果当前只有一个线程持有锁，而另一个线程正在等待，则后者可以通过循环不断检查锁的状态（即自旋）。 - 自旋的优点在于它避免了线程切换所带来的高昂代价，适合短时间内的锁竞争场景[^5]。 需要注意的是，如果自旋次数超过了 JVM 设定的最大阈值，或者有更多线程加入竞争，轻量级锁将会进一步升级为重量级锁。 --- #### 4. 重量级锁 当锁竞争变得激烈时，例如已有两个以上线程参与竞争，或者某些线程因长时间未能获得锁而导致频繁自旋失败，轻量级锁最终会退化为重量级锁。在此模式下，未成功获取锁的线程将被挂起（放入操作系统级别的等待队列），直到锁可用为止。虽然这种方式能够有效缓解 CPU 占用率过高的问题，但它也带来了较大的上下文切换成本。 --- #### 5. 性能优化与适用场景分析 - **偏向锁**适用于几乎不存在锁竞争的情况，比如单线程程序或少量线程间几乎没有冲突的操作。 - **轻量级锁**则更适合短暂且有限度的锁争用场合，尤其是在高频率但低持续性的同步需求下表现良好。 - 对于长期锁定以及大量线程间的复杂交互而言，尽管重量级锁效率较低，却是唯一可行的选择。 整个锁升级流程遵循“由简入繁”的原则——从最简单的形式出发，随着实际运行状况的变化动态调整至最适合的形式，以此达到最佳的整体性能平衡。 --- ```java // 示例代码展示 synchronized 使用方式及其潜在锁升级路径 public class SynchronizedExample { private final Object lock = new Object(); public void methodA() { synchronized (lock) { // 可能触发锁升级逻辑 System.out.println("Executing Method A"); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { SynchronizedExample example = new SynchronizedExample(); Thread t1 = new Thread(() -> example.methodA()); Thread t2 = new Thread(() -> example.methodA()); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); } } ``` 上述例子展示了如何定义一个受保护的方法调用序列。根据运行条件的不同，这里的锁可能会经历从偏向锁到轻量级甚至重量级锁的转变。 ---