大家好，我是大明哥，专注于「死磕 Java」系列创作的硬核程序员。本文收录于我的技术网站：https://www.skjava.com，在这里你可以找到全网最优质的系列文章、Java 全栈技术文档以及大厂完整面经。在 JDK 1.6 之前，synchronized 是一个效率较低的重量级锁。然而，为了提高锁的获取与释放效率，JDK 1.6...
大家好，我是大明哥，专注于「死磕 Java」系列创作的硬核程序员。本文收录于我的技术网站：
https://www.skjava.com，在这里你可以找到全网最优质的系列文章、Java 全栈技术文档以及大厂完整面经。
在 JDK 1.6 之前，synchronized 是一个效率较低的重量级锁。然而，为了提高锁的获取与释放效率，JDK 1.6 引入了偏向锁和轻量级锁，至此，锁的状态从无锁到偏向锁、轻量级锁，再到重量级锁，形成了一个由低到高的锁升级过程。
锁升级的过程是从无锁开始，逐渐过渡到偏向锁、轻量级锁，直至重量级锁。值得注意的是，锁只能升级，不能降级。锁升级的过程涉及对象头中的 Mark Word 区域，主要记录了 synchronized 相关的信息。
对象头分为对象头、实例数据和对齐填充三部分。synchronized 锁相关的信息存储在 Mark Word 区域。接下来，让我们深入了解锁的分类及其原理。
无锁表示单线程轻松愉快地运行，没有其他线程进行竞争。虽然无锁不代表没有同步机制，但它表示锁对象当前未被任何线程显式锁定。
偏向锁是 JDK 1.6 引入的锁优化机制，旨在减少锁的获取和释放的开销。当一个线程访问同步代码块并获取锁时，锁对象进入偏向模式，锁标志设置为偏向（01），且锁的拥有者被设置为当前线程。当该线程执行完同步代码块后，不会主动释放偏向锁。如果线程再次进入同步代码块，会首先检查锁是否由同一线程持有，如果是，则直接执行，避免锁的获取操作。
偏向锁的锁释放是一个被动过程，线程不会主动释放偏向锁。只有当其他线程尝试竞争偏向锁时，JVM 才会检测到锁的状态并触发撤销。撤销过程需要等待全局安全点，JVM 在全局安全点时判断锁对象是否处于未锁定状态，如果未被锁定且持有锁的线程不处于活动状态，则将对象头设置为无锁状态，撤销偏向锁。
轻量级锁在偏向锁的基础上，当一个线程持有偏向锁时，另一个线程来竞争锁时，偏向锁升级为轻量级锁。轻量级锁通过自旋的方式来竞争锁资源，减少线程阻塞和唤醒操作，提高性能。轻量级锁允许短时间的忙等（busy-waiting），用以换取线程在用户态和内核态之间切换的开销。
轻量级锁的触发条件有两个，当自旋次数超过预设阈值（默认为 10 次，可自动调整）后，锁升级为重量级锁。重量级锁依赖于对象内部的监视器（monitor），而 monitor 依赖于操作系统的 MutexLock（互斥锁）。重量级锁下，等待锁资源的线程都会被阻塞，虽然不会消耗 CPU，但阻塞或唤醒线程需要通过底层操作系统实现，涉及上下文切换和用户态与内核态之间的转换，开销较高。
锁升级的过程由无锁、偏向锁、轻量级锁到重量级锁组成。偏向锁标识为 0，锁标识为 01。当当前线程再次获取锁对象时，仅需比较偏向锁线程 ID 即可。
最后，让我们通过流程图来直观了解锁升级的详细过程（图片来源于网络）。
2024-08-20
