synchronized 关键字背后的锁升级流程

Myth丶恋晨 2023-09-25 12:51 21阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  前言
 *  一、基本特点
 *  二、加锁过程
 *  总结

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## 前言 ##

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## 一、基本特点 ##

结合多线程锁的策略, 我们就可以总结出, Synchronized 具有以下特性(只考虑 JDK 1.8):

1.  开始时是乐观锁, 如果锁冲突频繁, 就转换为悲观锁.
2.  开始是轻量级锁实现, 如果锁被持有的时间较长, 就转换成重量级锁.
3.  实现轻量级锁的时候大概率用到的自旋锁策略
4.  是一种不公平锁
5.  是一种可重入锁
6.  不是读写锁

**JVM为Java程序员操碎了心，看起来都用的synchronized关键字，背后到底是啥锁，JVM来进行处理，会根据竞争的激烈程度动态选择锁的实现。**

## 二、加锁过程 ##

**图解如下：**  
![在这里插入图片描述][770d4e1d144d493eaa10c0551326aa1f.png]

**(1) 无锁**

没有任何线程进入同步方法，此时对象就是无锁状态，没有任何线程尝试获取该锁

synchronized void increase(){
        val++;}

**(2) 偏向锁**

当有第一个线程（t1）尝试获取该锁时，JVM分配偏向锁给该线程（t1），当这个线程t1再次获取锁时（重入或者是再次执行），**没有加锁和解锁过程**，就验证一下锁的持有线程是否为t1，若是直接放行。

偏向锁不是真的加锁, 而只是在锁的**对象头中记录一个标记**(记录该锁所属的线程). 如果没有其他线程参与竞争锁, 那么就不会真正执行加锁操作, 从而降低程序开销. 一旦真的涉及到其他的线程竞争, 再取消偏向锁状态, 进入轻量级锁状态.

> 偏向锁本质上相当于 “延迟加锁” . 能不加锁就不加锁, 尽量来避免不必要的加锁开销.  
> 但是该做的标记还是得做的, 否则无法区分何时需要真正加锁

**(3) 轻量级锁**

**当有第二个线程 （t2） 在 t1 执行之后尝试获取锁，JVM就会取消偏向锁的状态，将锁升级为轻量级锁。**

使用CAS（自旋锁）来进行轻量级锁的获取，**有加锁和解锁的过程**，就是通过自旋来进行的。

t2线程尝试通过**自旋**的方式来获取轻量级锁

还有其他线程t3 ， t4 在t2 还没结束的时候尝试获取锁，都在**自旋等待**t2执行结束。

> 自旋操作是一直让 CPU 空转, 比较浪费 CPU 资源.  
> 因此此处的自旋不会一直持续进行, 而是达到一定的时间/重试次数, 就不再自旋了.  
> 也就是所谓的 "自适应

**(4) 重量级锁**

当竞争非常激烈，**多个线程同时在竞争轻量级锁**（一般来说就是当前线程数为CPU核数一半），就会将轻量级锁膨胀为重量级锁 或者 **自旋次数超过10次（默认值）以上**，就会将轻量级锁膨胀为重量级锁（**竞争比较激烈，为了避免CPU空跑，就将线程阻塞**）

**具体如下：**

*  执行加锁操作, 先进入内核态.
 *  在内核态判定当前锁是否已经被占用
 *  如果该锁没有占用, 则加锁成功, 并切换回用户态.
 *  如果该锁被占用, 则加锁失败. 此时线程进入锁的等待队列, 挂起. 等待被操作系统唤醒.
 *  经历了一系列的沧海桑田, 这个锁被其他线程释放了, 操作系统也想起了这个挂起的线程, 于是唤醒这个线程, 尝试重新获取锁.

**拓展：**

1.  重量级锁依赖**操作系统**提供的**mutex**来实现（用户态切换到内核态），开销比较大
2.  只要程序中调用了Object.wait()方法，直接会将锁膨胀为重量级锁，无论当前竞争激烈与否，wait方法实际上需要对象monitor实现。

## 总结 ##

编译器+JVM 还在背后做了很多策略优化，例如“锁消除”和“锁粗化”，感兴趣的铁子可以自行去了解一下，如果对各位有帮助的话，别忘了点赞+关注+收藏 哦~~笔芯

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