Java Synchronized 偏向锁/轻量级锁/重量级锁的演变过程

Java Synchronized 偏向锁/轻量级锁/重量级锁的演变过程

前言

上篇文章已经分析了Java对象头构成、源码及其对象头的调试，本篇将分析偏向锁、轻量级锁、重量级锁的实现及其演变过程。由于涉及到c++源码，估计不少同学没兴趣看，因此重点多以图+源码辅助分析。

偏向锁

偏向锁是一种轻量级的锁，当一个线程获取对象锁时，会将对象头中的锁标志位设置为偏向锁状态，并将其指向该线程。这样，当其他线程尝试获取该对象锁时，会先检查对象的锁标志位，如果发现是偏向锁状态，则直接返回，不会阻塞。

偏向锁的优点在于开销小，因为不需要像重量级锁那样每次获取锁都必须进入内核态。但偏向锁也有一个缺点，就是它只能在没有竞争的情况下使用。如果有多个线程同时尝试获取同一个对象锁，则偏向锁就会失效，退化为重量级锁。

轻量级锁

轻量级锁是一种比偏向锁更轻量级的锁，它使用一个CAS操作来尝试获取对象锁。如果CAS操作成功，则表示该线程获得了对象锁，否则表示该线程获取对象锁失败，需要阻塞等待。

轻量级锁的优点在于它比重量级锁开销更小，并且可以避免偏向锁在多线程竞争的情况下失效。但轻量级锁也有一个缺点，就是它可能会导致ABA问题。

重量级锁

重量级锁是最传统的锁，它使用一个互斥量来获取对象锁。当一个线程获取对象锁时，会将互斥量设置为加锁状态，其他线程尝试获取该对象锁时，会阻塞等待，直到互斥量被释放。

重量级锁的优点在于它可以解决ABA问题，并且可以保证对象的锁在任何情况下都是有效的。但重量级锁的开销也最大，因为它需要每次获取锁都必须进入内核态。

偏向锁、轻量级锁、重量级锁的演变过程

偏向锁、轻量级锁和重量级锁的演变过程如下图所示：

                                          +----------------------+
                                          |                      |
                                          |       偏向锁         |
                                          |                      |
                                          +----------------------+
                                                 |
                                                 V
                                      +------------------------+
                                      |                        |
                                      |       轻量级锁         |
                                      |                        |
                                      +------------------------+
                                                 |
                                                 V
                                     +--------------------------+
                                     |                          |
                                     |        重量级锁        |
                                     |                          |
                                     +--------------------------+

从图中可以看出，偏向锁是最轻量级的锁，其次是轻量级锁，最后是重量级锁。随着锁的重量级增加，锁的开销也越来越大，但锁的安全性也越来越高。

总结

偏向锁、轻量级锁和重量级锁是 Java 中的三种锁类型，它们各有其特点和适用场景。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的锁类型。