【JVM】synchronized锁升级的过程

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如何从无锁状态到偏向锁状态：

偏向锁升级为轻量级锁：

轻量级锁到自旋锁的状态：

自旋锁升级为重量级锁：

下面是自旋锁升级到重量级锁的过程：

重量级锁的特点如下：

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synchronized锁分为三种状态——偏向锁、轻量级锁、重量级锁

如何从无锁状态到偏向锁状态：

        当一个线程访问被synchronized修饰的代码块的时候，并获取对象的锁时，会在对象头中的Mark Word中记录该线程的ID，这就叫做偏向锁。

        如果对象的Mark Word中的记录的线程ID为0，表示当前没有线程获取锁，则将该线程的ID记录到Mark Word当中，并将对象头指向偏向锁。

偏向锁升级为轻量级锁：

• 当其他线程尝试获取一个对象的锁的时候，JVM发现对象头指向的线程ID和当前线程ID不一致的时候，会尝试将偏向锁升级为轻量级锁。
• JVM也会在Mark Word中分配空间存储锁记录（锁记录包含指针、标志位等信息）
• 然后JVM会使用CAS（Compare and Swap）操作尝试将对象头中的偏向锁替换为指向锁记录的指针，并将线程ID记录到锁记录当中
• 如果CAS操作成功，表示锁升级成功，当前线程进入临界区指向代码；如果失败，则说明有其他线程竞争，可能进一步升级为重量级锁

轻量级锁到自旋锁的状态：

1. 初始状态：假设有两个线程A和B，线程A先获取到了对象obj的轻量级锁，并且正在执行临界区代码。
2. 竞争锁：线程B也想要获取对象obj的锁，但发现轻量级锁已经被线程A获取了，此时线程B会进入自旋锁状态。
3. 自旋锁等待：线程B进入自旋锁状态后，会进行一定次数的自旋（即循环重试），不断检查轻量级锁的标记是否被线程A释放。
4. 自旋锁优化：在自旋锁状态下，如果线程A在很短的时间内释放了轻量级锁，线程B可以立即获取到锁而无需进入阻塞状态。这种情况下，自旋锁避免了线程上下文切换的开销，提高了性能。
5. 自旋锁等待超时：如果线程B在自旋一定次数后仍然无法获取到锁，就会认为竞争激烈，并且有其他线程执行临界区代码的可能性不大。此时，线程B会放弃自旋锁而进入阻塞状态，让出CPU执行权，等待锁释放。
6. 自旋锁的优势：自旋锁在临界区代码执行时间短、线程竞争不激烈的情况下可以提高性能，因为避免了线程上下文切换。但如果临界区代码执行时间长，或者线程竞争激烈，使用自旋锁可能会浪费CPU资源。

自旋锁升级为重量级锁：

        当一个线程在自旋锁状态下无法获取到锁时，它会升级到重量级锁。重量级锁是一种阻塞锁，它会导致线程进入阻塞状态并释放CPU的执行权。

下面是自旋锁升级到重量级锁的过程：

1. 自旋锁等待：假设有两个线程A和B，线程A持有了对象obj的自旋锁，并且正在执行临界区代码。线程B尝试获取锁但失败，进入自旋状态。
2. 自旋锁等待超时：线程B在经过一定次数的自旋后，仍然无法获取到锁。此时，线程B会放弃自旋锁，并将自己挂起，进入阻塞状态。
3. 锁升级：线程B进入阻塞状态后，JVM会将锁升级为重量级锁。重量级锁的特点是会导致线程进入阻塞状态，并且释放CPU的执行权。
4. 线程阻塞：线程B被阻塞后，它不会再去尝试获取锁，直到锁被释放。此时，线程B会进入一个等待唤醒的状态。
5. 锁释放：当线程A执行完临界区代码后，会释放锁。此时，JVM会选择一个阻塞的线程（例如线程B）唤醒，使其重新尝试获取锁。
6. 线程唤醒：被唤醒的线程（例如线程B）会从阻塞状态中恢复，并且开始重新尝试获取锁。

重量级锁的特点如下：

• 高开销：使用重量级锁的线程会进入阻塞状态，这样会导致线程上下文切换的开销，影响性能。
• 公平性：重量级锁通常是公平的，即等待时间最长的线程会被优先唤醒，以保证公平性。
• 线程阻塞：获取重量级锁失败的线程会进入阻塞状态，不会消耗CPU资源，等待锁的释放。
• 粒度较大：重量级锁对应整个对象而不是对象的某个部分，因此在多线程竞争情况下，会导致其他线程也无法访问对象。

        需要注意的是，升级到重量级锁的过程并非是一成不变的，具体实现可能会有不同的策略和优化。锁的具体行为和性能表现还取决于