JVM对Synchronized的优化

一、是什么？
JVM对synchronized的优化是一系列降低锁性能开销的技术，通过锁升级机制（偏向锁→轻量级锁→重量级锁）和运行时策略（如锁消除/粗化），在保证线程安全的同时减少同步操作的开销。这些优化主要在JDK 6+中实现。

1. 偏向锁（Biased Locking）

一、是什么？
JDK 6引入，假设锁总被同一线程访问，首次获取时记录线程ID，后续该线程无需加锁操作。
二、解决什么问题
消除无竞争场景下的锁开销（如单线程重复获取锁）。
三、核心流程

首次加锁：CAS将线程ID写入对象头
重入：检查线程ID匹配直接执行
竞争发生：升级为轻量级锁
四、应用场景
单线程重复访问同步块的场景（如循环内的同步）。
五、注意事项
JDK 15后默认禁用（-XX:-UseBiasedLocking），因现代应用多线程竞争激烈
可通过-XX:BiasedLockingStartupDelay=0关闭延迟启用

2. 轻量级锁（Lightweight Locking）

一、是什么？
通过CAS自旋替代OS互斥锁，线程在栈帧创建锁记录（Lock Record），尝试用CAS将对象头替换为指向锁记录的指针。
二、解决什么问题
降低短时锁竞争场景的线程阻塞开销（如两个线程交替执行）。
三、核心流程

拷贝对象头到栈帧（Displaced Mark Word）
CAS将对象头指向锁记录
成功：获得锁；失败：自旋或升级
四、应用场景
低竞争、同步代码执行快的场景（如瞬时状态更新）。
五、注意事项

自旋会消耗CPU，超过阈值（-XX:PreBlockSpin）升级重量级锁
适用于锁持有时间<线程切换耗时的场景

3. 重量级锁（Heavyweight Locking）

一、是什么？
传统互斥锁，通过OS的mutex实现，未获锁线程进入阻塞队列。
二、解决什么问题
高竞争场景下的线程调度（如百级线程争抢资源）。
三、核心机制

对象头指向操作系统互斥量（mutex）
竞争线程进入_cxq队列等待唤醒
四、应用场景
高并发竞争场景（如秒杀系统核心资源）。
五、注意事项
线程阻塞/唤醒涉及内核态切换，开销最大
JDK 6后通过适应性自旋减少直接阻塞

4. 锁消除（Lock Elimination）

一、是什么？
JIT编译器通过逃逸分析移除不可能存在竞争的锁。
二、解决什么问题
消除无意义的同步开销（如局部对象锁）。
三、触发条件
对象未逃逸出当前线程（如方法内私有锁）。
四、Java示例

java

public void safeMethod() {
    // 局部对象不会逃逸，锁被消除
    Object localLock = new Object();
    synchronized(localLock) { 
        System.out.println("Lock eliminated");
    }
}

五、注意事项

依赖JVM逃逸分析（默认开启）
需服务器模式运行（-server）

5. 锁粗化（Lock Coarsening）

一、是什么？
将相邻的同步块合并为单个更大范围的锁。
二、解决什么问题
减少频繁加锁/解锁的开销（如循环内同步）。
三、Java示例

java

// 优化前：100次加锁
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    synchronized(lock) { /* 操作 */ }
}

// 优化后：1次加锁
synchronized(lock) {
    for (int i = 0; i < 100; i++) { /* 操作 */ }
}

四、应用场景
循环体内同步或连续同步代码块。

其他关键优化

适应性自旋（Adaptive Spinning）
根据历史自旋成功率动态调整自旋次数，避免CPU空转。
锁膨胀（Inflation）
轻量级锁竞争失败时，通过ObjectMonitor转为重量级锁。

锁升级流程总结

注意事项

锁升级不可逆：重量级锁无法降级
性能权衡：
- 低竞争：偏向锁/轻量级锁
- 高竞争：直接重量级锁（避免多次升级开销）
监控工具：
- JOL（Java Object Layout）分析对象头
- JFR（Java Flight Recorder）监控锁竞争

总结

优化技术	目标场景	JDK版本	性能影响
偏向锁	单线程重复访问	6+	无竞争时零开销
轻量级锁	低竞争短时操作	6+	CAS自旋消耗CPU
锁消除	线程私有锁	6+	完全消除同步开销
锁粗化	连续同步块/循环	6+	减少锁操作次数
适应性自旋	中等竞争	6+	减少线程阻塞

💡 实践建议：在超高并发场景（如QPS>10k），考虑ReentrantLock替代synchronized，因其提供更灵活的锁控制（可中断、公平锁、条件变量）。

JVM对Synchronized的优化 ​

1. 偏向锁（Biased Locking） ​

2. 轻量级锁（Lightweight Locking） ​

3. 重量级锁（Heavyweight Locking） ​

4. 锁消除（Lock Elimination） ​

5. 锁粗化（Lock Coarsening） ​

其他关键优化 ​

锁升级流程总结 ​

注意事项 ​

总结 ​