Java synchronized锁是如何升级的？

synchronized底层原理：锁升级过程分析

在java中，synchronized关键字用于确保多线程并发访问共享数据时的数据一致性。其锁机制分为四种状态：无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。

锁升级过程

当一个线程尝试获取synchronized块或方法时，锁的状态会根据以下规则升级：

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1. 无锁状态：当一个对象首次创建时，其锁状态为无锁。
2. 偏向锁状态：如果一个线程连续多次获取该对象的锁，则锁状态将升级为偏向锁。偏向锁会将该线程的id保存在对象的mark word中，标识该线程拥有该对象的锁。
3. 轻量级锁状态：如果其他线程尝试获取该对象的锁，而偏向锁的线程仍在执行，则会进入轻量级锁状态。轻量级锁会使用cas（compare-and-swap）指令更新mark word，如果cas指令更新成功，则该线程获得锁，否则进入重量级锁状态。
4. 重量级锁状态：如果cas指令更新失败，则会进入重量级锁状态。重量级锁是java中锁机制中最耗费性能的状态，它会阻塞其他线程请求锁。

代码示例解析

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread.sleep(5000);
    Object obj = new Object();
    System.out.println("匿名偏向状态 ===================== " 
" +
            ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());

    new Thread(() -> {
        synchronized (obj) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取锁执行中。。。
"
                    + ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
        }
    }, "thread-a").start();

    // ... 省略其他代码
}

在该代码示例中：

• 首先，obj创建一个新对象并将其锁状态初始化为无锁。
• 线程a获取obj锁，并将其锁状态升级为偏向锁。
• 线程b尝试获取obj锁，由于偏向锁的线程仍然在执行，锁状态升级为轻量级锁。
• 由于无法使用cas指令成功更新mark word，锁状态最终升级为重量级锁。
• 最后，线程a释放obj锁，锁状态再次退回到无锁状态。

注释后的结果

在代码示例中，注释掉的一部分代码对锁的状态升级产生了影响。当注释代码部分没有注释时，锁状态会依次升级为偏向锁、轻量级锁和重量级锁。

当代码部分被注释后，锁状态会依次升级为偏向锁和重量级锁。这是因为偏向锁的线程长时间持有锁，导致jvm认为锁冲突比较频繁，直接升级为重量级锁，以提高性能。

因此，锁升级过程受代码中锁争用的情况影响。锁争用越激烈，锁升级越快。

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