深入理解synchronized：底层机制与锁升级降级详解

在Java并发编程中，"第16讲 synchronized底层如何实现？什么是锁的升级、降级？1"这一章节深入探讨了Java虚拟机（JVM）对于synchronized关键字的底层实现机制，以及一种高级优化策略——锁的升级和降级。 首先，synchronized的核心是由`monitorenter`和`monitorexit`指令构成，它们是基于JVM中的Monitor对象来实现线程同步的。在Java 6之前，Monitor的实现主要依赖操作系统级别的互斥锁，由于涉及用户态到内核态的频繁切换，这使得同步操作成为性能开销较大的重量级操作。 然而，Oracle JDK引入了三个不同类型的Monitor实现，即偏斜锁（Biased Locking）、轻量级锁和重量级锁，以提高并发性能。偏斜锁是在没有竞争的情况下使用的，它利用`CAS`（Compare and Swap）操作，在对象头的MarkWord字段中存储当前线程的ID，表明对象倾向于当前线程。这种方法假设大多数情况下，一个对象在生命周期中只会被一个线程锁定，从而减少了无竞争情况下的开销。 当有线程试图锁定已被偏斜锁锁定的对象时，JVM会撤销偏斜锁并切换到轻量级锁。轻量级锁是一种更高效的锁类型，它不涉及内核态切换，而是通过一系列的指针调整来实现线程切换，从而避免了长时间的上下文切换。如果竞争加剧，JVM可能会进一步升级到重量级锁，这是一种完全阻塞的锁，确保了线程安全的同时牺牲了一定的性能。 锁的升级和降级是JVM根据线程间竞争状态动态调整锁策略的过程，旨在优化并发环境下的性能。在理想条件下，偏斜锁的使用可以极大地减少锁的开销，而当竞争增加时，能快速适应并采取更严格的锁定方式。理解这些底层实现原理对于设计高效并发程序至关重要，可以帮助开发者在实际项目中更好地运用synchronized和其他同步机制，提升应用的并发性能。