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Sychronized 锁升级过程是什么？

前言

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正文

每日一题：Sychronized 锁升级过程是什么？

难度系数： ⭐⭐

在synchronized 是 Java 提供的内置锁（Monitor Lock），用于保证多线程环境下的同步访问。在说 synchronized 锁的升级过程之前，我们先来简单了解一下 synchronized 的实现原理 👇

JVM 通过 monitorenter 和 monitorexit 字节码指令实现锁的获取和释放：

• monitorenter：尝试获取锁（进入 Monitor）
• monitorexit：释放锁（退出 Monitor）

锁信息存储在对象头中的 Mark Word：

• 32 位 JVM：Mark Word 占 32 bits
• 64 位 JVM：Mark Word 占 64 bits

对象头（Mark Word）存储了锁状态信息，不同锁状态下其结构也有所不同：

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Java 6 之后，synchronized 采用锁升级（Lock Escalation）机制，从 无锁 → 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁 逐步升级，以减少锁竞争带来的性能开销。

1、无锁（Unlocked）

• 初始状态，对象刚创建时没有线程竞争。
• Mark Word 存储 hashCode + 分代年龄 + 锁标志位 01。

2、偏向锁（Biased Locking）

• 适用场景：只有一个线程访问同步代码块。
• 实现方式：JVM 在 Mark Word 中记录 线程 ID，表示该线程持有偏向锁。后续该线程进入同步代码块时，无需 CAS 操作，直接检查 Mark Word 中的线程 ID 是否匹配。
• 优点：减少 CAS 操作，提高单线程访问性能。
• 撤销偏向锁：如果另一个线程尝试获取锁，JVM 会撤销偏向锁，升级为轻量级锁。

3、轻量级锁（Lightweight Locking）

• 适用场景：多个线程 交替执行（无竞争或竞争不激烈）。
• 实现方式：JVM 在当前线程的栈帧中创建 锁记录（Lock Record），并拷贝 Mark Word 到锁记录。使用 CAS 尝试将 Mark Word 替换为指向锁记录的指针。如果 CAS 成功，当前线程获取轻量级锁；如果 CAS 失败（竞争发生），则升级为 重量级锁。
• 优点：避免直接进入重量级锁，减少线程阻塞。

4、重量级锁（Heavyweight Locking）

• 适用场景：多个线程 竞争激烈（长时间等待锁）。
• 实现方式：JVM 分配一个 Monitor 对象（ObjectMonitor），Mark Word 指向该 Monitor。未获取锁的线程进入 阻塞队列（EntryList），等待唤醒。
• 缺点：涉及 用户态 → 内核态切换，性能较低。

小结

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