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Java 中 synchronized 怎么在多线程竞争时自动升级为重量级锁

云雪同学_8356

云雪同学_8356

发布时间:2026-08-24 06:11:53

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来源于php中文网

原创

JVM在轻量级锁自旋失败后自动将锁升级为重量级锁,通过修改对象头Mark Word指向Monitor并置标志位为10,使后续线程调用操作系统互斥量阻塞,且升级不可逆。

java 中 synchronized 怎么在多线程竞争时自动升级为重量级锁

当多个线程同时争抢同一个 synchronized 锁,且轻量级锁的自旋策略失效时,JVM 会自动将锁升级为重量级锁。这个过程不需手动干预,完全由 JVM 运行时根据竞争强度动态决定。

轻量级锁自旋失败是关键触发点

轻量级锁阶段,线程不会立即挂起,而是通过“自旋”(空循环)尝试获取锁。JVM 默认最多自旋 10 次(JDK 1.7+ 支持适应性自旋,会参考历史成功概率动态调整)。一旦自旋耗尽仍无法获得锁,就满足升级条件:

  • 当前持有轻量级锁的线程尚未释放锁
  • 至少一个竞争线程已完成全部自旋且失败
  • JVM 判定继续自旋收益低、开销高(比如 CPU 空转浪费严重)

升级动作发生在 monitorenter 指令执行过程中

每个 synchronized 块在字节码中对应 monitorenter 指令。当线程执行该指令发现锁处于轻量级状态但获取失败,且自旋已终止,JVM 就会:

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  • 在对象头的 Mark Word 中写入指向 Monitor 对象的指针(62 位)
  • 将锁标志位从 00(轻量级锁)改为 10(重量级锁)
  • 把所有未获取到锁的等待线程,放入 Monitor 的 EntryList 阻塞队列

重量级锁依赖操作系统互斥量

Monitor 是 JVM 在 C++ 层实现的同步结构,内部封装了操作系统的互斥量(Mutex)和条件变量。一旦升级完成:

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  • 后续线程再尝试进入 synchronized 块,会直接调用操作系统 API 进行阻塞(如 pthread_mutex_lock)
  • 这涉及用户态 → 内核态切换,带来明显上下文切换开销
  • 被阻塞线程不再消耗 CPU,而是交由操作系统调度器统一管理唤醒

升级不可逆,且影响全局锁行为

锁升级是单向过程:无锁 → 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁,之后不会再降级。这意味着:

  • 哪怕后续竞争消失,该对象的锁状态仍保持重量级
  • 所有对该对象的 synchronized 访问,此后都走 Monitor 阻塞路径
  • 可通过 JOL 工具查看对象头 Mark Word 最后两位是否为 10 来确认

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