揭开synchronized神秘面纱：偏向锁、轻量级锁和重量级锁的秘密
2023-07-13 06:31:03
synchronized：深入剖析其锁机制
导语
在 Java 并发编程中，synchronized 是线程同步的强大工具。它提供了一种简单的语法，让我们对共享资源进行线程安全的访问。然而，synchronized 的底层实现并不像它看起来那么简单，它涉及到偏向锁、轻量级锁和重量级锁这三种锁状态，以及锁升级过程。本文将带你深入了解 synchronized 的锁机制，让你全面掌握其原理。
偏向锁：独占宠爱
偏向锁是一种轻量级的锁，适用于没有竞争的情况下对共享资源的访问。当一个线程第一次获取锁时，JVM 会将锁的状态设置为偏向锁，并记录该线程的 ID 到锁对象中。此后，只有该线程可以获取该锁，而其他线程在尝试获取锁时会直接失败。偏向锁的优势在于不需要任何额外的同步操作，开销非常小。
synchronized (obj) {
// 访问共享资源
}
轻量级锁：公平竞争
轻量级锁比偏向锁稍重，适用于多个线程竞争共享资源的情况。当一个线程第一次获取锁时，JVM 会将锁的状态设置为轻量级锁，并创建一个名为“锁记录”的对象。锁记录包含锁的状态、获取锁的线程 ID 等信息。此后，其他线程在尝试获取锁时，会先尝试获取锁记录。如果锁记录中没有记录任何线程 ID，则该线程可以获取锁，并将自己的线程 ID 记录在锁记录中。否则，该线程只能等待获取锁的线程释放锁。轻量级锁的优势在于它可以防止多个线程同时获取锁，从而保证了共享资源的访问顺序。
重量级锁：最后的堡垒
重量级锁是最重的锁，适用于竞争非常激烈的共享资源。当一个线程第一次获取锁时，JVM 会将锁的状态设置为重量级锁，并创建一个名为“监视器”的对象。监视器包含锁的状态、获取锁的线程 ID 等信息。此后，其他线程在尝试获取锁时，只能等待获取锁的线程释放锁。重量级锁的优势在于它可以保证共享资源的访问是串行的，从而防止了数据的不一致。
锁升级过程：从轻到重
在某些情况下，锁可能会从偏向锁升级到轻量级锁，或者从轻量级锁升级到重量级锁。锁升级过程通常发生在以下两种情况：
- 当一个线程在持有偏向锁或轻量级锁时，另一个线程也尝试获取该锁。此时，JVM 会将锁的状态升级到重量级锁，以防止两个线程同时获取锁。
- 当一个线程在持有轻量级锁时，锁记录被其他线程修改。此时，JVM 会将锁的状态升级到重量级锁，以防止其他线程获取锁。
锁降级过程：从重到轻
在某些情况下，锁也可能会从重量级锁降级到轻量级锁，或者从轻量级锁降级到偏向锁。锁降级过程通常发生在以下两种情况：
- 当一个线程在持有重量级锁时，没有任何其他线程尝试获取该锁。此时，JVM 会将锁的状态降级到轻量级锁，以减少同步开销。
- 当一个线程在持有轻量级锁时，锁记录没有被其他线程修改。此时，JVM 会将锁的状态降级到偏向锁，以减少同步开销。
结语
synchronized 的锁机制是一个复杂的话题，本文只是对其进行了简单的介绍。通过了解这些概念，你可以更深入地理解 synchronized 的行为，并做出明智的选择，以实现高效的线程同步。
常见问题解答
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偏向锁和轻量级锁有什么区别？
偏向锁适用于没有竞争的场景，开销很小。轻量级锁适用于有竞争的场景，它保证了访问的公平性和顺序性。
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什么时候会发生锁升级？
当一个线程在持有偏向锁或轻量级锁时，另一个线程也尝试获取该锁，或者锁记录被其他线程修改时，会发生锁升级。
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什么时候会发生锁降级？
当持有重量级锁的线程释放锁时，没有其他线程等待获取锁，或者持有轻量级锁的线程释放锁时，锁记录没有被其他线程修改，会发生锁降级。
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如何选择合适的锁类型？
根据共享资源的竞争程度选择合适的锁类型。如果竞争不激烈，可以使用偏向锁或轻量级锁。如果竞争非常激烈，则需要使用重量级锁。
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synchronized会影响性能吗？synchronized会引入同步开销，这会对性能产生影响。因此，在选择锁类型时，需要权衡同步开销和并发性之间的关系。
