让Java锁更有型之探秘Synchronized实现原理的暗黑世界

Synchronized锁机制：Java并发编程的暗黑江湖

在Java的并发编程世界中，Synchronized锁机制 犹如江湖中的武林盟主，掌控着线程安全性的生死命脉。今天，我们就来揭开Synchronized的神秘面纱，深入探秘其底层实现的暗黑江湖。

轻量级锁：灵巧的锁界刺客

轻量级锁，顾名思义，就是重量比较轻的锁。它就像武林中的刺客，出手迅速，身形轻盈。在Synchronized锁机制中，轻量级锁主要用于对共享资源的短暂访问。

轻量级锁的实现秘诀在于对象头中的Mark Word 。Mark Word是一个32位的整数，高16位存储着锁的持有者线程ID，低16位记录着锁的状态信息。当一个线程想要获取轻量级锁时，它会使出CAS（Compare And Swap）这一招，将Mark Word中的锁状态从无锁态或偏向态改为轻量级锁态。如果CAS操作成功，则该线程成功获取轻量级锁；否则，表明其他线程正在竞争锁，当前线程便会尝试用自旋来获取锁。

重量级锁：霸气的锁界王者

如果轻量级锁的自旋操作超过了指定次数，或者锁被其他线程抢占，那么轻量级锁就会升级为重量级锁。重量级锁就像武林中的王者，霸道强势，一旦获取锁，便会将等待的线程全部阻塞，直到释放锁为止。

重量级锁的实现相对简单，它通过在对象头中添加一个监视器（Monitor） 来控制对共享资源的访问。当一个线程想要获取重量级锁时，它会先尝试通过CAS指令将监视器中的锁状态从无锁态改为持有锁态。如果CAS操作成功，则该线程成功获取重量级锁；否则，表明其他线程正在竞争锁，当前线程便会进入阻塞状态，等待锁的释放。

自旋锁：不屈不挠的锁界舞者

自旋锁是一种特殊的锁，它可以让一个线程在获取锁失败后不立即阻塞，而是不断地尝试获取锁，直到成功为止。自旋锁的原理很简单，它就是让线程不断地轮询锁的状态，直到锁的状态变成无锁态。

自旋锁的优势在于，它可以减少线程在获取锁时产生的阻塞时间，提高并发性能。然而，自旋锁也有一个缺点，那就是它会消耗CPU资源。如果自旋锁的持有时间过长，那么就会导致CPU资源的浪费。

锁升级与锁降级：锁界的武林秘技

在Synchronized锁机制中，轻量级锁和重量级锁并不是一成不变的，它们可以通过锁升级和锁降级来相互转换。锁升级是指将轻量级锁升级为重量级锁，锁降级是指将重量级锁降级为轻量级锁。

锁升级的触发条件主要有两个：一是自旋锁的持有时间过长，二是锁被其他线程抢占。锁降级的触发条件只有一个，那就是锁的持有者线程不再需要使用锁。

结语：锁机制的斗转星移

Synchronized锁机制的实现原理其实并不复杂，但它却巧妙地结合了轻量级锁、重量级锁和自旋锁等多种锁机制，从而在性能和安全性之间取得了良好的平衡。

在实际应用中，我们可以根据具体场景来选择合适的锁机制。如果对锁的持有时间比较短，那么可以使用轻量级锁；如果对锁的持有时间比较长，那么可以使用重量级锁；如果对锁的竞争比较激烈，那么可以使用自旋锁。

常见问题解答

1. 轻量级锁和重量级锁有什么区别？

轻量级锁重量轻，开销小，用于对共享资源的短暂访问；重量级锁重量重，开销大，用于对共享资源的长时间访问。

2. 自旋锁有什么优点和缺点？

优点：减少线程阻塞时间，提高并发性能；缺点：消耗CPU资源，持有时间过长会导致CPU资源浪费。

3. 锁升级和锁降级是怎么回事？

锁升级是将轻量级锁升级为重量级锁，锁降级是将重量级锁降级为轻量级锁。锁升级的触发条件是自旋锁持有时间过长或锁被其他线程抢占，锁降级的触发条件是锁的持有者线程不再需要使用锁。

4. 在什么情况下应该使用轻量级锁？

对共享资源的持有时间较短时，应该使用轻量级锁。

5. 在什么情况下应该使用重量级锁？

对共享资源的持有时间较长时，应该使用重量级锁。