揭秘synchronized、CAS底层原理与Lock锁、锁升级原理

揭秘synchronized、CAS底层原理与Lock锁、锁升级原理#

一、synchronized：简单高效的同步机制

在多线程编程中，synchronized是Java中常用的同步机制。它通过给共享资源加锁的方式，确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源，从而避免数据不一致的问题。synchronized的原理很简单，它使用内置的监视器锁（monitor）来实现同步。当一个线程获取了一个对象的锁之后，其他线程在访问这个对象时就会被阻塞，直到持有锁的线程释放锁。

synchronized具有原子性、有序性和可见性三个特性。原子性意味着一个操作要么完全执行，要么完全不执行，不会出现部分执行的情况。有序性意味着同一个线程对同一个对象的多个操作是按照顺序执行的，不会出现乱序执行的情况。可见性意味着一个线程对共享变量的修改可以立即被其他线程看到，不会出现延迟或丢失的情况。

二、CAS：乐观锁的典型代表

CAS（Compare-And-Swap）是一种乐观锁机制，它通过比较当前值和期望值来实现无锁同步。CAS操作通常由三个操作数组成：内存地址、期望值和新值。当一个线程执行CAS操作时，它会先将内存地址的值与期望值进行比较，如果两个值相等，则将内存地址的值更新为新值，否则不更新。

CAS操作具有原子性，因为它要么成功地将内存地址的值更新为新值，要么不更新。如果CAS操作失败，则表明另一个线程已经修改了内存地址的值，此时需要重试CAS操作。

CAS操作的优点是性能高，因为它不需要像synchronized那样加锁，避免了锁的争用问题。但是，CAS操作也有缺点，它不适用于所有场景，比如当多个线程同时修改同一个变量时，CAS操作可能会导致ABA问题。

三、Lock锁：悲观锁的典型代表

Lock锁是一种悲观锁机制，它通过给共享资源加锁的方式，确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。Lock锁与synchronized类似，但它提供了更多的控制和灵活性。

Lock锁的优点是它可以避免ABA问题，因为它在获取锁之前会先检查锁的状态，如果锁已经被其他线程持有，则会阻塞当前线程，直到锁被释放。Lock锁的缺点是性能比synchronized稍低，因为它需要额外的锁管理开销。

四、锁升级：动态优化锁的性能

锁升级是一种优化锁性能的技术，它可以根据锁的争用情况动态调整锁的类型。当锁的争用程度较低时，可以使用性能较高的CAS锁，当锁的争用程度较高时，可以使用性能较低的synchronized锁或Lock锁。

锁升级的原理很简单，它通过维护一个锁的争用计数器来记录锁的争用情况。当锁的争用计数器达到一定阈值时，锁就会升级为性能较低的锁类型。当锁的争用计数器下降到一定阈值时，锁就会降级为性能较高的锁类型。

结语

synchronized、CAS、Lock锁和锁升级原理是Java中常用的同步机制，它们各有优缺点。在实际应用中，需要根据具体场景选择合适的同步机制。