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在Java并发编程中#xff0c;synchronized关键字是实现线程同步的一种常见机制。从JDK 1.6开始#xff0c;为了提高性能#xff0c;Java虚拟机#xff08;JVM#xff09;对synchronized进行了优化#xff0c;引入了锁升级的概念。锁升级包括从无锁状态到偏向锁、轻…简介
在Java并发编程中synchronized关键字是实现线程同步的一种常见机制。从JDK 1.6开始为了提高性能Java虚拟机JVM对synchronized进行了优化引入了锁升级的概念。锁升级包括从无锁状态到偏向锁、轻量级锁最终可能升级为重量级锁的过程。本文将详细解析这一过程及其背后的原理。
正文
1. 锁升级的必要性
在多线程环境中共享资源的同步访问是保证数据一致性的关键。synchronized通过锁机制来实现这一目标。然而在高并发场景下传统的重量级锁由于涉及用户态与内核态的切换性能开销较大。因此JVM引入了锁升级机制以适应不同的并发场景减少性能损耗 1。
2. 锁的四种状态
锁的状态从低到高依次为无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。锁状态的升级是单向的即从低级别状态升级到高级别状态不可逆 2。
2.1 无锁
无锁状态是指没有对资源进行锁定所有线程都可以访问资源但需要不断检查执行过程中资源是否被其他线程修改。
2.2 偏向锁
偏向锁假设大多数锁在整个生命周期内只被一个线程访问。当线程首次访问同步代码块时JVM会将对象头的Mark Word复制到线程栈中的锁记录并标记为偏向模式。如果线程再次访问无需进行额外同步操作直接进入同步块 3。
2.3 轻量级锁
当有其他线程尝试访问偏向锁时如果原持有偏向锁的线程仍在执行或未释放锁JVM会尝试将偏向锁升级为轻量级锁。轻量级锁通过CAS操作尝试获取锁如果失败会进行一定次数的自旋如果自旋后仍无法获取锁则升级为重量级锁 3。
2.4 重量级锁
重量级锁是最终的锁状态当轻量级锁无法满足需求时会升级为重量级锁。此时锁的获取和释放依赖于操作系统的互斥量涉及线程的阻塞和唤醒性能开销较大 3。
3. 锁升级的过程
锁升级的过程是动态的根据锁竞争的程度自动进行。从偏向锁升级到轻量级锁再到重量级锁这一过程是性能优化的结果旨在减少不必要的上下文切换和提高系统的吞吐量 1。
4. 锁升级的影响
锁升级机制使得synchronized在不同的并发级别下都能表现出较好的性能。在单线程或低并发场景下偏向锁和轻量级锁可以减少同步的开销在高并发场景下重量级锁确保了线程安全 4。
结论
Java中的synchronized关键字通过锁升级机制实现了在不同并发场景下的性能自适应。了解锁升级的原理有助于开发者更好地利用synchronized进行线程同步提高程序的性能和可靠性。
