浅谈Java的synchronized 锁以及synchronized 的锁升级

news2024/12/29 10:09:07

在Java中，synchronized关键字用于实现线程间的同步，确保同一时刻只有一个线程能够访问被同步的代码块或方法。当一个线程获得synchronized锁定后，其他试图访问同一锁的线程将被阻塞，直到锁被释放。

synchronized锁有两种基本形式：

同步方法：通过在方法声明前加上synchronized关键字，整个方法体被保护，同一时间内只能有一个线程访问该方法。
```
public class MyClass {
    public synchronized void synchronizedMethod() {
        // 执行同步代码...
    }
}
```

同步代码块：通过synchronized(object)的方式指定一个对象作为锁，只有持有该锁的线程才能执行同步代码块。

public class MyClass {
    private Object lock = new Object();
    
    public void synchronizedBlock() {
        synchronized (lock) {
            // 执行同步代码...
        }
    }
}

synchronized锁的升级机制是Java虚拟机（JVM）为了提高并发性能而引入的一种优化措施，它发生在HotSpot虚拟机中，主要包括以下四种状态：

无锁状态：对象未被任何线程锁定。
偏向锁（Biased Locking）：当只有一个线程访问同步代码块时，会偏向于该线程，仅记录该线程ID，后续该线程进入同步代码块时无需再进行加锁操作。
轻量级锁（Lightweight Locking）：当第二个线程尝试获取偏向锁时，偏向锁失效，转变为轻量级锁。轻量级锁通过CAS（Compare and Swap）操作尝试获取锁，如果获取失败（即已经有其他线程持有了锁），会进行自旋（spin）尝试，短时间内不停尝试获取锁，减少上下文切换的开销。
重量级锁（Heavyweight Locking）：如果自旋一定次数后仍无法获取锁，轻量级锁会膨胀为重量级锁，此时会挂起当前线程，使其进入阻塞状态，等待锁持有者释放锁。重量级锁会消耗更多的系统资源，但它能保证公平性和互斥性。
4种状态的转换关系如下图所示：