在深入探讨Java中`synchronized`的底层实现及锁的升降级机制时，我们首先需要理解`synchronized`关键字在Java并发编程中的核心作用——它提供了一种简便的同步机制，用于控制多个线程对共享资源的访问，从而避免数据不一致的问题。然而，要深入其底层实现，就不得不提及JVM（Java虚拟机）中的对象监视器（Monitor）以及与之相关的锁机制。 ### synchronized的底层实现 在JVM层面，`synchronized`是通过对象监视器（Monitor）来实现的。每个Java对象都可以关联一个监视器锁（Monitor Lock），线程进入同步代码块或方法时，必须首先获得该对象的监视器锁。当线程进入同步块时，会自动在该对象上获取锁；退出同步块时，则释放锁。这一机制确保了同一时刻只有一个线程能够执行同步代码块，从而保证了代码的原子性和可见性。 具体到JVM的实现，当线程尝试获取锁时，如果该锁已被其他线程持有，则当前线程会被阻塞，直到锁被释放。这一过程涉及到底层的线程调度和锁等待队列的管理，这些都是由JVM的线程管理机制和锁机制共同完成的。 ### 锁的升降级机制 在Java中，直接通过`synchronized`关键字实现的锁通常是重量级的，因为它涉及到操作系统层面的线程调度和阻塞，这在一定程度上会影响性能。然而，从Java 6开始，JVM对`synchronized`进行了大量优化，引入了偏向锁（Biased Locking）、轻量级锁（Lightweight Locking）等机制，以实现锁的升级和降级，从而在不牺牲太多性能的前提下提高并发性。 #### 锁的升级过程 1. **偏向锁（Biased Locking）**： 偏向锁是Java 6引入的一种锁优化手段，它假设在大多数情况下，锁不存在多个线程竞争的情况。因此，当一个线程获得锁后，JVM会记录下这个锁的持有者，并在后续访问中直接将该锁分配给该线程，而无需进行额外的同步操作。这极大地提高了性能。 2. **轻量级锁（Lightweight Locking）**： 如果偏向锁被撤销（例如，发生了线程竞争），JVM会尝试将锁升级为轻量级锁。轻量级锁是通过CAS（Compare-And-Swap）操作来实现的，它避免了线程阻塞和操作系统层面的线程调度，从而提高了性能。在轻量级锁状态下，如果多个线程竞争同一个锁，且没有线程成功获得锁，那么锁会进一步升级。 3. **重量级锁（Heavyweight Locking）**： 如果轻量级锁也无法满足需求（例如，多个线程长时间竞争同一个锁），那么锁会被升级为重量级锁。这时，线程会阻塞在操作系统的队列中，等待锁被释放。 #### 锁的降级 锁的降级并不常见，因为一旦锁被升级到重量级锁，它通常会在释放后才被重新评估。然而，在特定情况下（如通过显式锁控制），开发者可以通过先尝试获取轻量级锁或偏向锁，并在不需要时主动释放锁，来模拟一种“降级”的行为，但这并不属于`synchronized`关键字直接支持的范畴。 ### 示例代码 虽然`synchronized`的底层实现和锁升级降级机制对于大多数应用开发者来说是透明的，但了解其原理有助于我们更好地编写高效、可维护的并发代码。以下是一个简单的`synchronized`示例，展示其基本用法： ```java public class Counter { private int count = 0; public synchronized void increment() { count++; } public synchronized int getCount() { return count; } } ``` 在这个例子中，`increment`和`getCount`方法都通过`synchronized`关键字被同步，确保了在任何时刻只有一个线程能够修改或读取`count`变量。 ### 总结 `synchronized`在Java并发编程中扮演着至关重要的角色，其底层通过JVM的对象监视器实现，并借助偏向锁、轻量级锁等优化手段提高了性能。了解这些机制有助于我们编写出更高效、更健壮的并发代码。同时，随着Java版本的更新，我们期待JVM在这一领域的持续优化和创新。对于深入学习和掌握这些高级并发编程技术，推荐结合实践经验和专业书籍、课程（如码小课提供的深入课程）进行系统性学习。