synchronized锁升级过程

清疚 2024-03-23 17:49 101阅读 0赞

![010e4bd4fd2c42a0b0b8ae4c3ccaaacf.png][] 32位JVM中对象头的存储内容

在Java中，synchronized关键字是一种内置锁，用于保证多个线程对临界区的互斥访问。在JDK 6及以上版本中，synchronized锁引入了锁升级的机制，包括偏向锁、轻量级锁和重量级锁，这些锁的状态转换也被称为锁升级过程。

1. 偏向锁（Biased Locking）：偏向锁是为了减少无竞争情况下锁的性能开销而引入的一种优化措施。当一个线程访问一个同步块时，如果没有竞争，那么JVM会自动将锁的对象头Mark Word中的线程ID指向该线程，并将锁状态标志设置为偏向锁。这样，该线程再次进入同步块时，可以直接获取锁，而无需再次进行同步操作。偏向锁的状态转换非常快速，因为它只需要更新Mark Word中的线程ID即可。

2. 轻量级锁（Lightweight Locking）：当多个线程竞争同一个锁时，偏向锁就会失效，此时JVM会将锁的状态标志设置为轻量级锁。轻量级锁的实现是基于CAS（Compare and Swap）操作和自旋锁。当一个线程获取轻量级锁时，JVM会将锁对象的Mark Word复制一份到线程的栈帧中，并将锁对象的Mark Word指向线程的栈帧。这时，其他线程再次竞争该锁时，会进入自旋状态，不断尝试获取锁。如果自旋超过一定次数，或者其他线程已经持有该锁，那么轻量级锁就会升级为重量级锁。

3. 重量级锁（Heavyweight Locking）：如果锁的竞争非常激烈，或者自旋超过一定次数，那么轻量级锁就会升级为重量级锁。重量级锁的实现是基于操作系统的互斥量（Mutex）或信号量（Semaphore）。当一个线程获取重量级锁时，JVM会将该线程挂起（阻塞），直到锁被释放。重量级锁的状态转换非常耗时，因为需要涉及到用户态和内核态之间的切换，所以应该尽量避免锁的升级到重量级锁。

锁的升级过程是动态的，也就是说锁的状态会随着程序的执行情况不断变化。如果程序中存在大量的锁竞争，那么锁升级的过程就会频繁发生，这会严重影响程序的性能。

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