synchronized锁机制解析（续篇：锁的膨胀过程）

简介：
本文为《synchronized锁机制解析》系列文章的续篇，深入探讨了Java中synchronized锁在使用过程中发生的膨胀过程及其原理。通过详细分析锁的状态转换和内部结构，帮助读者理解并发控制中的复杂情况，并提供优化建议以减少性能开销。 在Java编程语言中，`synchronized`关键字用于实现线程同步机制，确保多线程环境下的数据一致性与正确性。本段落将深入分析`synchronized`锁的膨胀过程，这个过程中涉及到从无锁状态到轻量级锁再到重量级锁的变化。 首先需要理解的是Java对象头中的Mark Word结构。它是存储对象信息的重要部分之一，包括但不限于该对象是否被锁定的状态等关键数据点。在没有线程竞争的情况下（即无锁状态下），Mark Word的最后三位是001，这表明当前的对象没有任何形式的同步机制施加在其上。 案例2中展示了即使计算一个对象的哈希码也不会改变其锁状态的现象。这是因为当获取哈希值时，虽然会占用到Mark Word中的高31位用于存储哈希值信息，但并不会直接触发锁的状态升级为轻量级或重量级锁。 在案例3里，则通过引入`Thread.sleep(5000)`来模拟程序启动一段时间后的情况。此时JVM已经激活了偏向锁机制。因此，在这种情况下创建的对象处于无锁且可偏向线程的状态，Mark Word的最后三位是101，这表示该对象可以被特定线程所独占。 偏向锁的设计目的是为了优化单一线程访问时的表现。它允许一个线程在没有竞争的情况下快速获取并释放同一对象的锁，而无需进行同步操作。然而如果多个线程尝试获取同一个已经被偏好的锁，则会导致其升级为轻量级锁。轻量级锁主要通过CAS（比较与交换）机制来实现，并且避免了内核态到用户态之间的切换开销。 当轻量级锁也无法满足需求时，例如在高并发场景下出现激烈的竞争状况，那么它将被进一步提升至重量级锁状态。此时Java虚拟机会使用操作系统级别的互斥机制（monitors）来确保线程间的同步操作正确执行。在这种情况下，Mark Word会存储指向Monitor Object的指针信息。 了解这些锁的状态变化过程有助于我们更好地理解并优化多线程环境下代码的表现和性能。通过调整JVM参数如`-XX:BiasedLockingStartupDelay=0`或完全禁用偏向锁（例如使用`-XX:-UseBiasedLocking`），我们可以控制偏向锁的行为，从而达到最佳的并发执行效果。 总结来说，从无锁状态开始到可偏好的无锁、轻量级锁定以及最终可能升级为重量级锁定的过程是Java虚拟机在多线程环境中进行同步操作时遵循的一个重要机制。理解这一过程有助于我们根据具体的应用场景选择合适的策略以提高程序的并发性能和响应速度。