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Synchronized与锁升级

news 来源：原创 2025/7/27 15:54:19

一、面试题

1）谈谈你对Synchronized的理解
2）Sychronized的锁升级你聊聊
3）Synchronized实现原理，monitor对象什么时候生成的？知道monitor的monitorenter和monitorexit这两个是怎么保证同步的嘛？或者说这两个操作计算机底层是如何执行的
4）偏向锁和轻量级锁有什么区别

二、Synchronized的性能变化

Java5以前，只有Synchronized，这个是操作系统级别的重量级操作：
1）重量级锁，假如锁的竞争比较激烈的话，性能下降
2）Java 5之前用户态和内核态之间的转换

Java6 之后为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗，引入了轻量级锁和偏向锁

三、Synchronized锁种类及升级步骤

1、多线程访问情况

        只有一个线程来访问，有且唯一Only One
        有两个线程（2个线程交替访问）
        竞争激烈，更多线程来访问

2、升级流程

Synchronized用的锁是存在Java对象头里的MarkWord中，锁升级功能主要依赖MarkWord中锁标志位和释放偏向锁标志位

         锁指向，请牢记：
                偏向锁：MarkWord存储的是偏向的线程ID
                轻量锁：MarkWord存储的是指向线程栈中Lock Record的指针
                重量锁：MarkWord存储的是指向堆中的monitor对象（系统互斥量指针）

3、无锁

4、偏锁

偏向锁：单线程竞争，当线程A第一次竞争到锁时，通过修改MarkWord中的偏向线程ID、偏向模式。如果不存在其他线程竞争，那么持有偏向锁的线程将永远不需要进行同步。

        主要作用：
        当一段同步代码一直被同一个线程多次访问，由于只有一个线程那么该线程在后续访问时便会自动获得锁
        同一个老顾客来访，直接老规矩行方便

        结论：
        HotSpot的作者经过研究发现，大多数情况下：在多线程情况下，锁不仅不存在多线程竞争，还存在由同一个线程多次获得的情况，偏向锁就是在这种情况下出现的，它的出现是为了解决只有一个线程执行同步时提高性能。
        偏向锁会偏向于第一个访问锁的线程，如果在接下来的运行过程中，该锁没有被其他线程访问，则持有偏向锁的线程将永远不需要出发同步。也即偏向锁在资源在没有竞争情况下消除了同步语句，懒得连CAS操作都不做了，直接提高程序性能。

理论落地：

技术实现：

偏向锁JVM命令：

案例演示：偏向锁默认情况演示---只有一个线程

/*** @author Guanghao Wei* @create 2023-04-14 14:06*/
public class SynchronizedUpDemo {public static void main(String[] args) {/*** 这里偏向锁在JDK6以上默认开启，开启后程序启动几秒后才会被激活，可以通过JVM参数来关闭延迟 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0*/
//        try { TimeUnit.SECONDS.sleep(5); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }Object o = new Object();synchronized (o) {System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());}}
}

        偏向锁的撤销：
        当有另外一个线程逐步来竞争锁的时候，就不能再使用偏向锁了，要升级为轻量级锁，使用的是等到竞争出现才释放锁的机制
        竞争线程尝试CAS更新对象头失败，会等到全局安全点（此时不会执行任何代码）撤销偏向锁，同时检查持有偏向锁的线程是否还在执行：
1）第一个线程正在执行Synchronized方法（处于同步块），它还没有执行完，其他线程来抢夺，该偏向锁会被取消掉并出现锁升级，此时轻量级锁由原来持有偏向锁的线程持有，继续执行同步代码块，而正在竞争的线程会自动进入自旋等待获得该轻量级锁
2）第一个线程执行完Synchronized（退出同步块），则将对象头设置为无所状态并撤销偏向锁，重新偏向。

题外话：Java15以后逐步废弃偏向锁，需要手动开启------->维护成本高

5、轻锁

概念：多线程竞争，但是任意时候最多只有一个线程竞争，即不存在锁竞争太激烈的情况，也就没有线程阻塞。
主要作用：有线程来参与锁的竞争，但是获取锁的冲突时间极短---------->本质是自旋锁CAS

轻量锁的获取：

案例演示：

        自旋一定程度和次数（Java8 之后是自适应自旋锁------意味着自旋的次数不是固定不变的）：
        线程如果自旋成功了，那下次自旋的最大次数会增加，因为JVM认为既然上次成功了，那么这一次也大概率会成功
        如果很少会自选成功，那么下次会减少自旋的次数甚至不自旋，避免CPU空转

        轻量锁和偏向锁的区别：
        争夺轻量锁失败时，自旋尝试抢占锁
        轻量级锁每次退出同步块都需要释放锁，而偏向锁是在竞争发生时才释放锁