深入理解Java并发：Synchronized底层优化与轻量级锁详解

Java并发编程学习笔记之Synchronized底层优化深入解析 在Java并发编程中，Synchronized是实现线程同步的关键机制，它通过对象的监视器锁（monitor）来确保线程互斥访问共享资源。然而，早期的Synchronized使用的是重量级锁，由于涉及到操作系统级别的转换，从用户态到核心态，这个过程开销大且效率低下。为了解决这个问题，Java自JDK 1.6版本引入了底层优化，包括轻量级锁和偏向锁。 **重量级锁**： 在JDK早期版本中，Synchronized的实现依赖于操作系统的MutexLock，每次锁的获取和释放都需要进行昂贵的系统调用，这导致了性能瓶颈。重量级锁的特点是锁状态转换过程中需要核心态，涉及长时间的上下文切换，当多个线程争抢锁时，性能会显著下降。 **轻量级锁**： 为了改善这一情况，JDK引入了轻量级锁，它是一种更细粒度的锁状态。轻量级锁在没有竞争时，锁的状态占用较少系统资源，只需在对象头中存储少量信息，如锁标志位、线程ID等。在没有多线程同时争夺锁的情况下，轻量级锁能够快速地在无锁、偏向锁和轻量级锁之间切换，避免了频繁的系统调用，从而提高了性能。 **偏向锁**： 偏向锁是介于轻量级锁和重量级锁之间的一种状态，它更倾向于保持锁在最近一次持有者手中。当一个线程获取锁后，如果再次尝试获取，只要线程ID相同，偏向锁会自动升级为轻量级锁，直到其他线程介入导致锁状态变化。通过这种方式，偏向锁减少了不必要的状态转换，提升了效率。 **加锁过程**： 轻量级锁的加锁流程通常分为两种情况： 1. **无锁状态**：线程初次进入同步块时，如果锁是无锁状态，就直接设置锁标志并更新锁状态。 2. **偏向锁或轻量级锁**：如果锁已经是偏向锁或轻量级锁，线程需要检查当前线程是否与上次锁定线程相同，如果是，则继续保持锁，否则可能会升级为重量级锁。 **注意事项**： 尽管轻量级锁提供了性能优势，但它们并非在所有情况下都适用。在存在多线程竞争的场景中，特别是当线程交替执行同步块时，轻量级锁可能会膨胀为重量级锁，导致性能下降。因此，理解和使用这些优化技术的关键在于正确评估线程间同步的需求和竞争程度。 总结来说，Java并发编程中的Synchronized底层优化通过引入轻量级锁和偏向锁，旨在减少重量级锁的使用，提升并发性能。理解这些优化有助于开发者编写高效、可扩展的并发代码。