Java中synchronized的底层原理和锁升级过程是怎样的？

深入Java synchronized：底层机制与锁升级

synchronized是Java中用于线程同步的重要关键字，其底层实现和锁升级机制对并发性能至关重要。本文将深入探讨synchronized的运作细节，并结合示例代码分析锁的升级过程。

以下示例代码演示了不同锁状态的转换：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    // Hotspot虚拟机启动后存在4秒延迟才启用偏向锁
    Thread.sleep(5000);
    Object obj = new Object();
    System.out.println("初始状态 ====================="   "\n"   ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
    new Thread(() -> {
        synchronized (obj) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()   "获取锁执行中。。。\n"
                      ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
        }
    }, "线程A").start();

    Thread.sleep(1000);

    new Thread(() -> {
        synchronized (obj) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()   "获取锁执行中。。。\n"
                      ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
        }
    }, "线程B").start();

    // 睡眠5秒后
    Thread.sleep(5000);
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()   ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
}

运行此代码，观察输出结果，即可看到锁状态从无锁到偏向锁、轻量级锁，甚至重量级锁的转换过程（注意：高版本JVM已弃用偏向锁）。

synchronized的锁升级过程如下：

1. 无锁状态: 对象初始状态，对象头包含哈希码、GC年龄等信息。
2. 偏向锁 (已在较新JVM版本中弃用): 只有一个线程访问同步块时，JVM将锁偏向该线程，对象头记录偏向线程ID，减少锁获取开销。
3. 轻量级锁: 当第二个线程尝试获取锁时，如果偏向锁的线程不在同步块中执行，偏向锁升级为轻量级锁。轻量级锁通过自旋尝试获取锁，自旋次数有限，失败则升级为重量级锁。
4. 重量级锁: 线程挂起，操作系统调度，开销较大，适用于高竞争场景。

示例代码的输出结果将展示锁状态的转换，例如从无锁到轻量级锁，再到可能出现的重量级锁。 (由于偏向锁被弃用，可能不会显示偏向锁状态)。 分析这些输出结果，可以更深入地理解锁升级的动态过程。

总之，理解synchronized的底层机制和锁升级过程，对掌握Java并发编程和性能优化至关重要。 通过代码实践和结果分析，可以更有效地学习和应用这些知识。

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