synchronized 锁升级机制也叫做锁膨胀机制,此机制诞生于 JDK 6 中。在 Java 6 及之前的版本中,synchronized 的实现主要依赖于操作系统的 mutex 锁(重量级锁),而在 Java 6 及之后的版本中,Java 对 synchronized 进行了升级,引入了锁升级的机制,可以更加高效地利用 CPU 的多级缓存,提升了多线程并发性能。

synchronized 锁升级的过程可以分为以下四个阶段:无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。其中,无锁状态和偏向锁状态都属于乐观锁,不需要进行锁升级,锁竞争较少,能够提高程序的性能。只有在锁竞争激烈的情况下,才会进行锁升级,将锁升级为轻量级锁状态。

image.png 下面是 synchronized 锁升级的具体流程:

1.无锁状态 当前无任何线程获取它,所以此过程不需要加锁,是无锁状态。当一个线程访问一个同步块时,如果该同步块没有被其他线程占用,那么该线程就可以直接进入同步块,并且将同步块标记为偏向锁状态。

2.偏向锁状态 在偏向锁状态下,同步块已经被一个线程占用,其他线程访问该同步块时,只需要判断该同步块是否被当前线程占用,如果是,则直接进入同步块。这个过程不需要进行任何加锁操作,仍然属于乐观锁状态。

3.轻量级锁状态 如果在偏向锁状态下,有多个线程竞争同一个同步块,那么该同步块就会升级为轻量级锁状态。此时,每个线程都会在自己的 CPU 缓存中保存该同步块的副本,并通过 CAS(Compare and Swap)操作来对同步块进行加锁和解锁。这个过程需要进行加锁操作,但相对于传统的 mutex 锁,轻量级锁的效率要高很多。

4.重量级锁状态 轻量级锁之后会通过自旋来获取锁,自旋执行一定次数之后还未成功获取到锁,此时就会升级为重量级锁,并且进入阻塞状态。

synchronized 锁升级的过程可以有效地减少锁竞争,提高多线程并发性。


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