java synchronized原理 锁升级原理

Java中的synchronized关键字是一种内置锁机制，用于控制对共享资源的并发访问。其原理、锁升级过程和原理可以如下解释：

synchronized 原理

synchronized的原理基于Java对象头中的mark word。每个Java对象都有一个mark word，它用于存储对象的哈希码、锁信息以及GC分代年龄等信息。当一个线程尝试获取一个对象的synchronized锁时，JVM会尝试在对象的mark word中存储锁的信息和持有锁的线程ID。

• 无锁状态：对象的mark word中没有锁信息，此时任何线程都可以获取锁。
• 偏向锁状态：如果同一个线程多次获取同一个对象的锁，那么锁会进入偏向锁状态。在这个状态下，mark word中会存储偏向线程的ID，这样当这个线程再次尝试获取锁时，不需要进行竞争，直接获取成功。
• 轻量级锁状态：当多个线程尝试获取同一个对象的锁时，偏向锁会升级为轻量级锁。此时，mark word中会存储锁信息，但不会存储线程ID。线程在尝试获取锁时会进行自旋（忙等待），直到获取到锁或者确定无法获取锁（比如其他线程持有锁并正在执行）。
• 重量级锁状态：如果自旋等待时间过长或者竞争过于激烈，轻量级锁会升级为重量级锁。此时，线程在尝试获取锁时会进入阻塞状态，并被放入锁对象的等待队列中。只有当持有锁的线程释放锁时，才会唤醒等待队列中的线程。

锁升级过程

锁升级过程是根据多线程访问共享资源的竞争情况动态调整的。

1. 偏向锁升级：当一个线程首次访问synchronized代码块或方法时，会尝试获取偏向锁。如果成功，该线程会持有偏向锁，并且后续对该资源的访问不需要再次获取锁，直到有其他线程尝试访问该资源。如果其他线程尝试获取锁，偏向锁会升级为轻量级锁。
2. 轻量级锁升级：当偏向锁出现竞争现象时，会升级为轻量级锁。在轻量级锁状态下，线程会尝试自旋等待（即循环检查锁是否可用），而不是立即进入阻塞状态。如果自旋等待时间过长或竞争过大，轻量级锁会升级为重量级锁。
3. 重量级锁：当轻量级锁无法满足需求时（例如，自旋等待时间过长或竞争过大），锁会升级为重量级锁。在重量级锁状态下，如果线程尝试获取锁失败，它会被阻塞并放入等待队列中。只有持有锁的线程释放锁之后，才会唤醒这些线程。

锁升级原理

锁升级的原理是基于多线程竞争程度和系统开销的权衡。在低竞争程度下，使用偏向锁和轻量级锁可以提高并发性能，减少线程切换和上下文切换的开销。而在高竞争程度下，使用重量级锁可以确保线程安全，但会牺牲一定的性能。

JVM通过监测锁的竞争情况来动态调整锁级别。如果锁竞争激烈，JVM会将锁升级为更高级别的锁，以确保线程安全。相反，如果锁竞争较低，JVM会尽量使用低级别的锁，以提高并发性能。

总之，synchronized的锁升级过程是一种动态调整锁级别的机制，旨在根据多线程竞争程度和系统开销的权衡来提高并发性能。通过从低级别的锁逐步升级到高级别的锁，可以在保证线程安全的同时减少系统开销。