【JUC进阶】09. 关于锁升级-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【JUC进阶】09. 关于锁升级。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1、前言

2、回顾

2.1、对象头和内存布局

2.2、四大锁回顾

3、状态转换

3.1、锁状态

3.1.1、无锁状态

3.1.2、偏向锁状态

3.1.3、轻量级锁状态

3.1.4、重量级锁状态

3.2、状态转换条件

3.2.1、无锁 -> 偏向锁

3.2.2、偏向锁 -> 无锁

3.2.3、偏向锁 -> 轻量级锁

3.2.4、轻量级锁 -> 重量级锁

3.2.5、重量级锁 -> 轻量级锁

4、锁升级过程

5、锁是否可以降级？

1、前言

在并发编程中，锁是保证线程安全的重要机制。然而，传统的锁在高并发场景下性能可能受到限制。为了解决这个问题，JUC引入了锁升级的概念，通过在运行时动态调整锁的状态，提升并发性能。前面我们分别介绍了无锁，偏向锁，轻量级锁，自旋锁，重量级锁的知识。这些其实就是JUC中对锁的优化而会转换的几种状态，也就是我们经常听到的锁升级。

2、回顾

2.1、对象头和内存布局

对这一块知识还不太理解的，可以翻看《【JUC进阶】03. Java对象头和内存布局》。这边简单回顾一下。

Java对象在堆内存中存储的布局可以划分为三个部分：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）、对齐填充（Padding）。而对象头（Header）中包含了两部分信息：标记字段（Mark Word）和Class对象指针（Class Pointer）。

其中，标记字段（Mark Word）用于存储对象自身的运行时数据，如HashCode（哈希码）、GC分代年龄，锁状态标志，线程持有的锁，偏向线程ID，偏向时间戳等。Class对象指针（Class Pointer）则是对象指向它的类型元数据的指针，JVM通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。

当对象持有各种级别锁的时候，标记字段（Mark Word）中会存储相关的标志位，线程ID等信息。

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2.2、四大锁回顾

前面我们分别详细介绍了几种锁的知识。这里将几种锁的相关特性进行汇总。

锁类型	特性	本质	原理	优点	缺点	使用场景	性能开销
无锁	无阻塞，无同步	通过CAS实现原子操作	使用原子操作实现并发控制	无阻塞，避免线程阻塞和切换的开销	自旋等待消耗CPU资源	并发度高，争用少的情况	较低，仅涉及原子操作的性能损耗
偏向锁	适用于单线程	通过线程ID标识持有者	初次获取锁时，将线程ID记录在锁对象的Mark Word	避免了多线程竞争，加速单线程执行路径	多线程竞争时会撤销偏向锁，引入额外开销	频繁获取锁的单线程	较低，只涉及线程ID的比较和写操作
轻量级锁	自旋等待	通过CAS和自旋实现	偏向锁撤销或多线程竞争时，使用CAS将Mark Word 替换	减少了线程阻塞和切换的开销，适用于短时间的锁竞争	自旋等待消耗CPU资源	短时间的锁竞争	中等，涉及CAS操作和自旋等待
重量级锁	阻塞	使用操作系统Mutex	线程竞争激烈时，使用操作系统提供的互斥机制	可以有效解决多线程竞争，保证数据的安全和正确性	需要进行线程阻塞和切换，开销较大	长时间的锁竞争，保证数据的安全和正确性	高，涉及线程阻塞、切换和操作系统调度

可见，相对性能开销而言：无锁 ≤ 偏向锁 ≤ 轻量级锁 ≤ 重量级锁。如果有一定编程经验的朋友，一定会有这样的意识，升级过程必然会影响性能的开销，所以按照性能开销的分布是否可以推导出锁升级（状态转换）的过程。答案是必然的。