【必会面试题】synchronized锁升级的过程

Java中的synchronized关键字用于实现同步控制，以保护共享资源免受并发访问的影响。为了提高性能，特别是针对多线程环境中的锁机制，Java引入了锁升级的概念。锁升级的过程主要是为了减少锁操作的开销，根据竞争情况动态地调整锁的类型，从低开销到高开销逐步升级。以下是synchronized锁升级的典型过程：

1. 无锁状态：对象最初处于无锁状态，没有任何线程持有该对象的锁。

2. 偏向锁（Biased Locking）：

   • 当第一个线程访问同步代码块时，JVM会尝试为这个线程提供偏向锁，即将对象头的Mark Word设置为这个线程的ID。
   • 如果后续的访问仍然是这个线程，那么无需任何同步操作即可直接访问，这大大提高了单线程环境下的性能。
   • 偏向锁的撤销通常发生在另一个线程尝试获取同一个锁时。

3. 轻量级锁（Lightweight Locking）：

   • 当有第二个线程尝试获取已被偏向的锁时，偏向锁会被撤销，并升级为轻量级锁。
   • 线程会尝试使用CAS（Compare and Swap）操作将锁标志位设为“锁定状态”，并将自己的线程ID记录在对象头的Mark Word中。
   • 如果CAS成功，线程获得锁；如果失败，则进入自旋等待状态，尝试在不阻塞的情况下再次获取锁。

4. 重量级锁（Heavyweight Locking）：

   • 如果轻量级锁下的自旋等待时间过长，或者有更多线程竞争同一锁，轻量级锁将升级为重量级锁。
   • 在重量级锁下，无法获得锁的线程会被阻塞，并进入操作系统管理的等待队列，由操作系统负责线程调度。
   • 此时，锁的获取和释放会涉及到操作系统级别的上下文切换，开销较大。

锁升级的过程是一个不可逆的过程，一旦升级到重量级锁，除非线程释放锁，否则不会降级。整个锁升级机制旨在平衡并发性能与资源消耗，确保在不同并发程度下都能提供相对高效的同步机制。