深入理解JAVA锁的膨胀过程与Monitor机制

"JAVA锁的膨胀过程-分析-适合Java新手到架构师" 在Java编程语言中，`synchronized`关键字是实现线程同步的关键，它提供了锁机制来保证多线程环境下的数据一致性。自从JDK 6开始，Java引入了优化措施，包括偏向锁和轻量级锁，以降低锁的开销。Java锁的状态有四个等级，分别是无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态，这些状态会根据竞争程度逐渐升级，但不会降级，形成了锁的膨胀过程。 1. **无锁状态**：在没有线程竞争的情况下，对象的锁状态为无锁，此时无需进行任何同步操作。 2. **偏向锁状态**：如果一个线程连续多次获取同一对象的锁，那么该对象会进入偏向锁状态。在这种状态下，持有锁的线程可以快速地执行同步代码，因为不再需要进行加锁和解锁操作。 3. **轻量级锁状态**：当多个线程尝试访问同一对象时，如果还不存在竞争，轻量级锁就会被使用。轻量级锁通过CAS（Compare and Swap）操作来尝试获取锁，避免了使用重量级锁时的互斥量操作，从而提高了效率。 4. **重量级锁状态**：当线程竞争加剧，轻量级锁升级为重量级锁，此时锁的实现依赖于操作系统底层的互斥量，这会导致线程上下文切换，性能降低。 在字节码层面，使用`synchronized`同步代码块时，编译器会在代码块的开始插入`monitorenter`指令，在结束或异常处理处插入`monitorexit`指令。这两个指令用于管理对象的 Monitor，也就是锁。 **Java对象头**是理解锁机制的重要组成部分。在Hotspot虚拟机中，对象头主要包括Mark Word和Class Pointer两部分： - **Mark Word**：存储对象的HashCode、分代年龄和锁标志位等信息。它可以根据对象的不同状态（无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁）动态调整其存储的内容。 - **Class Pointer**：指向对象的类元数据的指针，用于识别对象所属的类实例。 **Monitor（监视器）**是Java实现锁的核心，它与每个Java对象关联。Monitor是一个线程私有的数据结构，每个线程有一个可用的monitor record列表，以及全局的可用列表。当一个线程执行`monitorenter`指令时，会尝试获取对象的Monitor所有权，从而实现锁的获取。当线程执行`monitorexit`时，会释放锁。如果其他线程尝试进入已锁定的Monitor，就会被阻塞，直到锁被释放。 Java的锁膨胀机制是为了在保证线程安全的同时，尽可能减少锁带来的性能影响。从无锁到偏向锁，再到轻量级锁，最后到重量级锁，这是一个逐步加重的过程，适用于不同竞争程度的场景。理解和掌握这个过程对于优化并发程序的性能至关重要，无论是对Java新手还是资深架构师都具有指导意义。