什么是锁升级？#

在 Java 对象头里，有一块结构，叫Mark Word，里面会记录锁的状态。 Mark Word 会记录对象自身的运行数据，如哈希码、GC 分代年龄、锁状态标志、偏向时间戳（Epoch） 等。 其中的锁状态标志位就是用来记录锁的状态的，有四种状态： ①、无锁状态，在这个状态下，没有线程试图获取锁。 ②、偏向锁，当第一个线程访问同步块时，锁会进入偏向模式。 Mark Word 会被设置为偏向模式，并且存储了获取它的线程 ID。 偏向锁的目的是消除同一线程的后续锁获取和释放的开销。如果同一线程再次请求锁，就无需再次同步。 ③、当有多个线程竞争锁，但没有锁竞争的强烈迹象（即线程交替执行同步块）时，偏向锁会升级为轻量级锁。 线程尝试通过CAS 操作（Compare-And-Swap）将对象头的 Mark Word 替换为指向锁记录的指针。如果成功，当前线程获取轻量级锁；如果失败，说明有竞争。 ④、重量级锁，当锁竞争激烈时，轻量级锁会膨胀为重量级锁。 重量级锁通过将对象头的 Mark Word 指向监视器（Monitor）对象来实现，该对象包含了锁的持有者、锁的等待队列等信息。

synchronized 做了哪些优化？#

在 JDK1.6 之前，synchronized 是直接调用 ObjectMonitor 的 enter 和 exit 实现的，这种锁也被称为重量级锁。这也是为什么很多声音说不要用 synchronized 的原因，有点“谈虎色变”的感觉。 从 JDK 1.6 开始，HotSpot 对 Java 中的锁进行优化，如增加了适应性自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁和偏向锁等优化策略，极大提升了 synchronized 的性能。 ①、偏向锁：当一个线程首次获得锁时，JVM 会将锁标记为偏向这个线程，将锁的标志位设置为偏向模式，并且在对象头中记录下该线程的 ID。 之后，当相同的线程再次请求这个锁时，就无需进行额外的同步。如果另一个线程尝试获取这个锁，偏向模式会被撤销，并且锁会升级为轻量级锁。 ②、轻量级锁：多个线程在不同时段获取同一把锁，即不存在锁竞争的情况，也就没有线程阻塞。针对这种情况，JVM 采用轻量级锁来避免线程的阻塞与唤醒。 当一个线程尝试获取轻量级锁时，它会在自己的栈帧中创建一个锁记录（Lock Record），然后尝试使用 CAS 操作将对象头的 Mark Word 替换为指向锁记录的指针。 如果成功，该线程持有锁；如果失败，表示有其他线程竞争，锁会升级为重量级锁。 ③、自旋锁：当线程尝试获取轻量级锁失败时，它会进行自旋，即循环检查锁是否可用，以避免立即进入阻塞状态。 自旋的次数不是固定的，而是根据之前在同一个锁上的自旋时间和锁的状态动态调整的。 ④、锁粗化：如果 JVM 检测到一系列连续的锁操作实际上是在单一线程中完成的，则会将多个锁操作合并为一个更大范围的锁操作，这可以减少锁请求的次数。 锁粗化主要针对循环内连续加锁解锁的情况进行优化。 ⑤、锁消除：JVM 的即时编译器（JITopen in new window）可以在运行时进行代码分析，如果发现某些锁操作不可能被多个线程同时访问，那么这些锁操作就会被完全消除。锁消除可以减少不必要的同步开销。

锁升级的过程是什么样的？#

无锁—>偏向锁---> 轻量级锁---->重量级锁。

大体上省简的升级过程是这样的： 完整的升级过程是这样的：

①、从无锁到偏向锁： 当一个线程首次访问同步块时，如果此对象无锁状态且偏向锁未被禁用，JVM 会将该对象头的锁标记改为偏向锁状态，并记录下当前线程的 ID。此时，对象头中的 Mark Word 中存储了持有偏向锁的线程 ID。 如果另一个线程尝试获取这个已被偏向的锁，JVM 会检查当前持有偏向锁的线程是否活跃。如果持有偏向锁的线程不活跃，则可以将锁重偏向至新的线程；如果持有偏向锁的线程还活跃，则需要撤销偏向锁，升级为轻量级锁。 ②、偏向锁的轻量级锁： 进行偏向锁撤销时，会遍历堆栈的所有锁记录，暂停拥有偏向锁的线程，并检查锁对象。如果这个过程中发现有其他线程试图获取这个锁，JVM 会撤销偏向锁，并将锁升级为轻量级锁。 当有两个或以上线程竞争同一个偏向锁时，偏向锁模式不再有效，此时偏向锁会被撤销，对象的锁状态会升级为轻量级锁。 ③、轻量级锁到重量级锁： 轻量级锁通过线程自旋来等待锁释放。如果自旋超过预定次数（自旋次数是可调的，并且自适应的），表明锁竞争激烈，轻量级锁的自旋已经不再高效。 当自旋等待失败，或者有线程在等待队列中等待相同的轻量级锁时，轻量级锁会升级为重量级锁。在这种情况下，JVM 会在操作系统层面创建一个互斥锁（Mutex），所有进一步尝试获取该锁的线程将会被阻塞，直到锁被释放。