synchronized锁升级的原理

好的，关于synchronized锁升级原理，简单说一下：在JDK6之前，synchronized所获得的锁都是重量级锁，会导致性能瓶颈。但是从JDK6开始，JVM实现了一种叫做“偏向锁”的优化机制，即让同步代码块的第一个获取锁的线程默认为将来要继续获取该锁的线程。这种机制可以优化没有竞争的情况下的锁的性能。如果有竞争，偏向锁就会被撤销，升级为轻量级锁；如果轻量级锁竞争失败，则升级为重量级锁。这是对synchronized锁的优化。那么，还有什么问题需要我回答吗？

### Java synchronized 锁升级原理与机制 在Java中，`synchronized`关键字的锁升级机制是为了优化多线程环境下的性能。以下是锁升级的详细原理和机制： #### 1. 锁的状态 锁的状态可以分为以下三种：**无锁状态**、**偏向锁**、**轻量级锁**和**重量级锁**。锁的状态会随着竞争情况的变化而升级。 - **无锁状态**：对象刚创建时，没有任何线程持有锁。 - **偏向锁**：当一个线程访问同步代码块并获取锁时，JVM会将锁标记为“偏向锁”，并将线程ID记录在对象头中[^4]。如果后续该线程再次访问该锁，则无需进行同步操作，直接进入临界区。 - **轻量级锁**：当有其他线程尝试获取同一个锁时，偏向锁会升级为轻量级锁。此时，JVM会在当前线程的栈帧中创建一个锁记录（Lock Record），并通过CAS操作尝试将对象头中的指向改为指向锁记录的指针。如果成功，则表示当前线程持有锁；如果失败，则说明有多个线程竞争锁[^4]。 - **重量级锁**：当轻量级锁无法满足需求（如存在多个线程竞争锁）时，锁会升级为重量级锁。此时，JVM会使用操作系统互斥量（Mutex Lock）来实现线程的阻塞和唤醒，导致较大的性能开销[^4]。 #### 2. 锁升级的过程 锁升级的过程遵循以下规则： - 初始状态下，对象处于无锁状态。 - 当第一个线程访问同步代码块时，锁被标记为偏向锁，并记录线程ID。 - 如果有第二个线程尝试获取同一个锁，则偏向锁升级为轻量级锁。 - 如果多个线程持续竞争锁，则轻量级锁升级为重量级锁。 需要注意的是，锁升级是单向的，即锁只能从偏向锁升级到轻量级锁，再升级到重量级锁，而不能降级。 #### 3. 锁升级的性能优化 锁升级机制的主要目的是减少锁的竞争对性能的影响。具体优化包括： - **偏向锁**：适用于没有线程竞争的场景，避免了同步原语的开销。 - **轻量级锁**：适用于短时间锁竞争的场景，通过CAS操作减少线程切换的开销。 - **重量级锁**：适用于长时间锁竞争的场景，虽然性能较差，但能够保证线程的安全性。 #### 4. 示例代码 以下是一个简单的`SynchronizedDemo`类，展示了锁的竞争过程： ```java public class SynchronizedDemo { private Object lock = new Object(); public void method1() { synchronized (lock) { System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getId() + "执行method1"); try { Thread.sleep(1000); // 模拟方法执行耗时 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } public void method2() { synchronized (lock) { System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getId() + "执行method2"); try { Thread.sleep(1000); // 模拟方法执行耗时 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } public static void main(String[] args) { SynchronizedDemo synchronizedDemo = new SynchronizedDemo(); for (int i = 0; i < 5; i++) { new Thread(() -> { synchronizedDemo.method1(); synchronizedDemo.method2(); }).start(); } } } ``` 运行结果会显示多个线程依次执行`method1`和`method2`，体现了锁的竞争过程[^2]。 ### 总结 `synchronized`的锁升级机制通过偏向锁、轻量级锁和重量级锁的不同状态，实现了对锁竞争的动态调整，从而优化了多线程环境下的性能。