java synchronized锁升级
时间: 2023-09-13 18:08:42 浏览: 137
Java中的synchronized锁是可重入的,也就是说,一个线程已经获得了一个对象的锁,当再次请求该对象的锁时,不会被阻塞,而是会继续执行。此外,synchronized锁还有锁升级和锁降级的特性。
锁升级指的是从偏向锁、轻量级锁到重量级锁的升级过程。在开始时,synchronized锁是偏向锁,即锁对象默认被第一个获得锁的线程偏向。如果第二个线程也需要该锁,那么就会升级为轻量级锁,这时synchronized锁会使用CAS操作来尝试获取锁,如果获取成功,则该线程继续执行,否则就会升级为重量级锁,此时线程会被阻塞,等待其他线程释放锁。
锁降级指的是从重量级锁到偏向锁、轻量级锁的降级过程。当一个线程持有重量级锁时,如果该线程已经完成了任务,那么就会释放锁,并将锁降级为轻量级锁或偏向锁,以便其他线程更快地获取锁。
锁升级和锁降级的过程都是自动进行的,程序员无需介入。这种机制可以有效地减少锁的竞争,提高程序的性能。
相关问题
Java synchronized锁升级
Java中的synchronized锁升级是为了提高多线程并发执行的性能和效率。它通过在锁的使用过程中进行优化和升级来实现。
在Java中,synchronized锁的升级主要涉及三个层面:Java层面、字节码层面和JVM层面(对象头)。
在Java层面上,synchronized锁的升级包括以下几种状态:
1. 无锁状态:多个线程可以同时进入临界区,没有互斥的限制;
2. 偏向锁状态:当只有一个线程访问临界区时,偏向锁可以减少锁的竞争;
3. 轻量级锁状态:多个线程竞争同一个锁时,锁会升级为轻量级锁,通过CAS操作来实现快速的加锁和解锁;
4. 重量级锁状态:多个线程竞争同一个锁时,锁会升级为重量级锁,使用操作系统的互斥量来实现线程的阻塞和唤醒[1]。
在字节码层面上,synchronized同步代码块的锁升级实际上是通过字节码指令来实现的。当进入同步代码块时,会通过monitorenter指令获取锁,在退出同步代码块时,会通过monitorexit指令释放锁。这些指令可以保证临界区的原子性和互斥性,从而实现线程的同步。
在JVM层面上,synchronized锁的升级是通过对象头中的标记位来实现的。对象头中的标记位包括了锁标志位、线程ID和指向锁记录的指针。通过这些标记位,JVM可以判断锁的状态和竞争情况,从而进行锁的升级和降级。
总结来说,Java中的synchronized锁升级是为了提高多线程并发执行的性能和效率。它通过在不同层面上对锁进行优化和升级来实现线程的同步和互斥,从而保证临界区的原子性和正确性。这些优化和升级包括了无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态。
java synchronized 锁升级
### Java中synchronized关键字的锁升级机制原理
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。早期版本的`synchronized`是一个重量级锁(悲观锁),它依赖操作系统层面的互斥量(Mutex)来实现线程同步,这种实现方式会导致频繁的上下文切换,从而降低程序性能。为了解决这一问题,JVM对`synchronized`进行了优化,引入了锁升级机制,将锁分为**无锁**、**偏向锁**、**轻量级锁**和**重量级锁**四种状态。
#### 锁的状态及升级过程
1. **无锁状态**
当对象刚被创建时,其锁处于无锁状态,即没有任何线程持有该锁。此时,对象头的Mark Word中存储的是对象的元数据信息,例如哈希码或GC年龄等[^3]。
2. **偏向锁**
当第一个线程尝试访问一个处于无锁状态的对象时,JVM会将该对象的锁升级为偏向锁。具体来说,JVM会通过CAS操作将线程ID写入对象头的Mark Word中。如果CAS操作成功,则说明当前线程成功获取了偏向锁。此后,当同一个线程再次访问该对象时,无需进行额外的同步操作,只需检查Mark Word中的线程ID是否与当前线程匹配即可[^4]。
3. **轻量级锁**
如果有另一个线程尝试访问已经处于偏向锁状态的对象,且偏向锁无法撤销(例如偏向锁的时间窗口已过期或竞争过于频繁),那么锁会被升级为轻量级锁。在这种状态下,JVM会在当前线程的栈帧中创建一个名为“锁记录”的空间,并通过CAS操作将对象头的Mark Word复制到锁记录中。如果CAS操作成功,则说明当前线程成功获取了轻量级锁;否则,表示存在锁竞争,需要进一步升级为重量级锁[^2]。
4. **重量级锁**
当多个线程同时竞争同一个锁时,锁会被升级为重量级锁。此时,JVM会利用操作系统提供的互斥量(Mutex)来实现线程间的同步。所有未获取到锁的线程都会被挂起,直到锁被释放并唤醒它们。重量级锁的性能开销较大,但在高并发场景下是不可避免的选择[^3]。
#### 锁升级的目的
锁升级机制的核心目的是在不同的竞争强度下选择合适的锁实现方式,以减少不必要的性能开销。偏向锁适用于单线程访问的场景,可以避免同步操作;轻量级锁适用于低竞争场景,能够减少锁竞争带来的开销;而重量级锁则适用于高竞争场景,尽管性能较差但能保证线程安全[^3]。
#### 监控工具
为了分析锁的竞争情况和性能瓶颈,可以使用以下工具:
- 使用`jstack <pid>`命令查看线程的锁状态,结合`grep -A 10 "java.lang.Thread.State"`过滤相关信息。
- 使用`jcmd <pid> JFR.start duration=60s filename=lock.jfr`记录锁事件,生成性能分析报告。
```python
# 示例代码:同步方法
public class SyncMethod {
public int i;
public synchronized void syncTask() {
i++;
}
}
```
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