揭秘 synchronized 锁升级的神奇之处

Synchronized 的锁升级之旅

在多线程编程中，为了确保共享资源的线程安全，我们经常使用 synchronized 来给代码块或方法加锁。在 Java 的发展历程中，synchronized 也经历了一次华丽的蜕变，从早期的重量级锁优化为现在的锁升级过程。

1. 偏向锁

当一个 synchronized 块或方法第一次被一个线程访问时，JVM 会为该锁创建一个偏向锁。偏向锁会将锁的持有者信息记录在锁记录中，如果之后的访问都来自同一个线程，则可以直接进入临界区，无需再进行任何同步操作，从而大大提升了性能。

2. 轻量级锁

如果一个偏向锁在一段时间内被多个线程访问，则它会升级为轻量级锁。轻量级锁会使用 CAS（Compare And Swap）操作来尝试获取锁。如果 CAS 操作成功，则该线程获取锁并进入临界区；如果 CAS 操作失败，则说明锁已经被其他线程获取，此时会膨胀为重量级锁。

3. 重量级锁

重量级锁是 synchronized 最传统的实现方式，它使用互斥量（Mutex）来实现锁的互斥访问。当一个线程获取重量级锁时，其他线程只能阻塞等待，直到该线程释放锁。重量级锁的性能开销相对较高，但它可以保证锁的绝对互斥性。

锁升级的意义

synchronized 的锁升级过程对于提升多线程程序的性能至关重要。通过偏向锁和轻量级锁，可以避免在无竞争的情况下使用重量级锁，从而大大减少了同步开销。只有在真正存在竞争的情况下，锁才会升级为重量级锁，从而兼顾了性能和安全性。

如何判断锁的类型

在 Java 中，我们可以通过 java.lang.Thread.holdsLock() 和 java.lang.Thread.is偏向锁d() 方法来判断当前线程是否持有锁，以及锁的类型。

最佳实践

为了充分利用 synchronized 的锁升级机制，在多线程开发中，我们应该遵循以下最佳实践：

• 尽量缩小 synchronized 块或方法的范围，只对真正需要同步的代码进行加锁。
• 避免在循环或条件语句中使用 synchronized，因为这可能会导致不必要的锁竞争。
• 使用 java.util.concurrent 包中的并发工具类，如 ReentrantLock 和 Semaphore，它们提供了更细粒度的锁控制和更灵活的同步机制。

结语

synchronized 的锁升级机制是 Java 并发编程中一项重要的优化技术。通过理解和掌握锁升级的过程，我们可以编写出更高效、更安全的并发程序。希望本文能让你对 synchronized 有更深入的认识，在多线程开发中游刃有余。