在 Java 并發(fā)編程中，synchronized是一個非常重要的關(guān)鍵字，用于實現(xiàn)線程同步，保證在同一時刻只有一個線程可以訪問被同步的代碼塊或方法，從而避免多線程帶來的數(shù)據(jù)不一致等問題。同時，Java 虛擬機（JVM）為了提高ynchronized的性能，引入了鎖升級機制。下面我們就來詳細(xì)介紹ynchronized的使用和鎖升級過程。

一、synchronized 的使用方式

（一）修飾普通方法

當(dāng)synchronized修飾一個普通方法時，鎖對象是當(dāng)前對象（this）。也就是說，當(dāng)一個線程進(jìn)入該方法時，會自動獲取當(dāng)前對象的鎖，其他線程想要進(jìn)入該方法，必須等待當(dāng)前線程釋放鎖。例如：

public class SynchronizedExample {
    public synchronized void synchronizedMethod() {
        // 線程同步的代碼邏輯
        System.out.println("線程 " + Thread.currentThread().getName() + " 進(jìn)入同步方法");
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("線程 " + Thread.currentThread().getName() + " 退出同步方法");
    }
}

在上述代碼中，synchronizedMethod是一個同步方法，多個線程同時調(diào)用該方法時，會依次排隊執(zhí)行，保證了方法內(nèi)代碼的線程安全性。

（二）修飾靜態(tài)方法

當(dāng)synchronized修飾靜態(tài)方法時，鎖對象是該類的Class對象。因為靜態(tài)方法屬于類級別，不依賴于具體的對象實例，所以使用類的Class對象作為鎖。示例如下：

public class StaticSynchronizedExample {
    public static synchronized void staticSynchronizedMethod() {
        System.out.println("線程 " + Thread.currentThread().getName() + " 進(jìn)入靜態(tài)同步方法");
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("線程 " + Thread.currentThread().getName() + " 退出靜態(tài)同步方法");
    }
}

多個線程調(diào)用staticSynchronizedMethod時，會對類的Class對象進(jìn)行加鎖，從而實現(xiàn)線程同步。

（三）修飾代碼塊

synchronized還可以修飾代碼塊，此時需要顯式指定鎖對象。鎖對象可以是任意對象，只要保證在需要同步的代碼塊中使用相同的鎖對象即可。比如：

public class BlockSynchronizedExample {
    private Object lock = new Object();
    public void blockSynchronized() {
        synchronized (lock) {
            System.out.println("線程 " + Thread.currentThread().getName() + " 進(jìn)入同步代碼塊");
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("線程 " + Thread.currentThread().getName() + " 退出同步代碼塊");
        }
    }
}

在這個例子中，lock對象作為同步代碼塊的鎖，多個線程訪問blockSynchronized方法時，會競爭lock對象的鎖。

二、synchronized 的鎖升級

為了提高synchronized的性能，JVM 引入了鎖升級機制，從無鎖狀態(tài)開始，根據(jù)競爭情況逐步升級為偏向鎖、輕量級鎖和重量級鎖。

（一）無鎖

無鎖狀態(tài)是最基本的狀態(tài)，當(dāng)沒有線程競爭鎖時，對象處于無鎖狀態(tài)。此時，線程可以直接訪問被synchronized修飾的代碼，無需進(jìn)行任何加鎖操作，因此性能最高。

（二）偏向鎖

當(dāng)一個線程首次訪問被synchronized修飾的代碼時，JVM 會將對象頭中的鎖標(biāo)志位設(shè)置為偏向鎖模式，并將該線程的 ID 記錄在對象頭中。此后，當(dāng)該線程再次訪問同一對象的同步代碼時，無需進(jìn)行額外的加鎖操作，直接進(jìn)入同步代碼塊，因為 JVM 認(rèn)為該線程很可能會再次訪問。偏向鎖的存在減少了無競爭情況下的鎖開銷。

（三）輕量級鎖

當(dāng)有第二個線程試圖訪問同一個對象的同步代碼時，偏向鎖會升級為輕量級鎖。JVM 會在當(dāng)前線程的棧幀中創(chuàng)建一個鎖記錄（Lock Record），并將對象頭中的 Mark Word 復(fù)制到鎖記錄中，然后嘗試使用 CAS（Compare - And - Swap，比較并交換）操作將對象頭的 Mark Word 替換為指向鎖記錄的指針。如果 CAS 操作成功，當(dāng)前線程就獲得了輕量級鎖，可以進(jìn)入同步代碼塊；如果失敗，說明存在競爭，輕量級鎖會升級為重量級鎖。

（四）重量級鎖

當(dāng)輕量級鎖競爭失敗，即多個線程同時競爭鎖時，會升級為重量級鎖。此時，JVM 會使用操作系統(tǒng)的互斥量（Mutex）來實現(xiàn)鎖機制，線程會進(jìn)入阻塞狀態(tài)，等待鎖的釋放。重量級鎖的性能相對較低，因為線程的阻塞和喚醒需要操作系統(tǒng)的干預(yù)，會帶來較大的開銷。

鎖升級的過程是 JVM 根據(jù)實際的線程競爭情況動態(tài)調(diào)整的，目的是在保證線程安全性的同時，盡可能提高synchronized的性能。

總之，synchronized是 Java 并發(fā)編程中實現(xiàn)線程同步的重要手段，理解其使用方式和鎖升級機制，對于編寫高效、安全的多線程程序具有重要意義。在實際開發(fā)中，我們應(yīng)該根據(jù)具體的場景合理使用synchronized，并注意鎖的粒度和性能優(yōu)化，以充分發(fā)揮多線程的優(yōu)勢。

到此這篇關(guān)于Java 中 synchronized 的使用和鎖升級的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java synchronized 使用內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評論