模拟synchronized锁升级过程（详细代码）

最新推荐文章于 2025-04-08 20:26:17 发布

SineyCoder

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分类专栏： java基础文章标签： java 多线程 jvm

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本文详细解析了Java中synchronized锁的四种状态及其转换过程，通过实例代码演示了从偏向锁到重量锁的升级机制，并展示了不同锁状态下对象头Mark Word的变化。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

synchronized在1.6之后发生了很大改动，做了很多优化。因为Doug Lea大师的ReentrantLock类设计的很完美，jdk开发人员表示不服，所以对synchronized做了很大的改动。

此博客针对已对synchronized锁有所了解的。

首先我们需要知道synchronized具有4种锁的状态（细分5种）：

无锁无偏向
无锁可偏向
有锁已偏向
轻量锁
重量锁

在JVM中，偏向锁的启动时会有延迟触发的，因为jvm在启动线程之前会有许多synchronized操作，jvm内部默认这些操作为轻量级操作并非偏向操作。因为对于偏向锁的升级，是十分消耗性能的，需要先撤销再升级。

请看下列代码：


public class Main {
    static class A{
        int a = 0;
        boolean f = false;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread.sleep(5000);//这里为什么要延迟5s，上文解释了。
        A a = new A();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable(a));
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (a) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入偏向锁状态");
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable(a));
            }
        });
        t1.start();
        t1.join();//保证t1线程执行结束后执行main线程，模拟交替运行，此时会发生锁升级

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(100);//保证main线程先获取a锁，然后竞争a锁
                synchronized (a){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入重量锁状态");
                    System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable(a));
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        t2.start();

        synchronized (a){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入轻量锁状态");
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable(a));
            Thread.sleep(2000);
        }
    }
}

运行结果如下：

我们观察红色下划线的数字，这3个为Mark Word中关于锁的3个二进制位，第一个为偏向符号，后两位为锁状态。

1.首先代码中我们延迟5s，保证进入可偏向的状态（101），否则刚开始打印出来结果为（001）。

2.后续启动一个线程t1，拿去a锁，变成有锁已偏向状态（101）。

3.线程t1启动完成后，让主线程拿去a锁，变成轻量锁状态（000）.

4.此时主线程在休眠2000ms，锁未释放，线程t2去争夺锁a，发生不同互斥，此时锁升级为重量级锁（010）。

Main$A object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE
0 4 (object header) 05 00 00 00 (00000101 00000000 00000000 00000000) (5)
4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
8 4 (object header) 43 c1 00 f8 (01000011 11000001 00000000 11111000) (-134168253)
12 4 int A.a 0
16 1 boolean A.f false
17 7 (loss due to the next object alignment)
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 7 bytes external = 7 bytes total

Thread-0 进入偏向锁状态
Main$A object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE
0 4 (object header) 05 28 1c 21 (00000101 00101000 00011100 00100001) (555493381)
4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
8 4 (object header) 43 c1 00 f8 (01000011 11000001 00000000 11111000) (-134168253)
12 4 int A.a 0
16 1 boolean A.f false
17 7 (loss due to the next object alignment)
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 7 bytes external = 7 bytes total

main 进入轻量锁状态
Main$A object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE
0 4 (object header) 68 f8 74 02 (01101000 11111000 01110100 00000010) (41220200)
4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
8 4 (object header) 43 c1 00 f8 (01000011 11000001 00000000 11111000) (-134168253)
12 4 int A.a 0
16 1 boolean A.f false
17 7 (loss due to the next object alignment)
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 7 bytes external = 7 bytes total

Thread-1 进入重量锁状态
Main$A object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE
0 4 (object header) 3a 28 62 1c (00111010 00101000 01100010 00011100) (476194874)
4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
8 4 (object header) 43 c1 00 f8 (01000011 11000001 00000000 11111000) (-134168253)
12 4 int A.a 0
16 1 boolean A.f false
17 7 (loss due to the next object alignment)
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 7 bytes external = 7 bytes total

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