深入探讨synchronized锁升级机制
Java中的synchronized关键字是实现线程同步的关键，其底层依赖HotSpot虚拟机的锁升级机制来优化性能。本文将结合示例代码分析synchronized的锁升级过程及原理。
示例代码及分析
以下代码演示了synchronized的使用，并利用ClassLayout工具观察锁状态变化（需要添加jdk.internal.misc.Unsafe依赖）：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Object obj = new Object();
System.out.println("初始状态 =====================" + "\n" + ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
new Thread(() -> {
synchronized (obj) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取锁执行中。。。\n"
+ ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
}
}, "thread-a").start();
Thread.sleep(1000);
new Thread(() -> {
synchronized (obj) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取锁执行中。。。\n"
+ ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
}
}, "thread-b").start();
Thread.sleep(5000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
}
锁升级流程
synchronized的锁升级机制旨在平衡性能和线程安全，主要包含以下状态：
- 无锁状态: 对象初始状态，没有线程持有锁。
- 轻量级锁: 当一个线程访问同步块时，JVM会在该线程的栈帧中创建锁记录，并尝试将对象头中的Mark Word复制到锁记录中。如果成功，则该线程获得轻量级锁。
- 重量级锁: 如果多个线程竞争同一个锁，轻量级锁升级为重量级锁。重量级锁依赖操作系统互斥量，开销较大。
运行结果解读
高版本JVM已取消偏向锁，锁升级流程通常为无锁-轻量级锁-重量级锁。运行结果会显示对象头Mark Word状态的改变，反映锁的升级过程。 具体状态值会因JVM版本和运行环境而异，但总体趋势是锁状态从初始状态逐步转变为轻量级锁，甚至重量级锁，最后回到无锁状态。
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总结
synchronized的锁升级机制是HotSpot JVM的优化策略，通过不同的锁状态来适应不同的并发场景，在单线程访问时效率最高，多线程竞争时则会升级为重量级锁以保证线程安全。理解锁升级机制有助于编写更高效的多线程程序。 需要注意的是，ClassLayout工具的使用需要一定的JVM内部知识，其输出结果也需要根据具体情况进行分析。
