synchronized 做了哪些优化？

Java 中的 synchronized 关键字是保证线程安全的基本机制，随着 JVM 的发展，它经历了多次优化以提高性能。

1. 锁升级机制（锁膨胀）

JDK 1.6 引入了偏向锁→轻量级锁→重量级锁的升级机制，避免了一开始就使用重量级锁：

1.1 偏向锁（Biased Locking）

• 优化场景：只有一个线程访问同步块
• 实现：在对象头记录偏向线程ID
• 优势：几乎无同步开销
• 触发升级：当有其他线程尝试获取锁时

1.2 轻量级锁（Thin Lock）

• 优化场景：多线程交替访问但无竞争
• 实现：通过CAS操作和栈帧中的Lock Record实现
• 优势：避免操作系统层面的线程阻塞
• 触发升级：当自旋获取锁失败（默认自旋10次）

1.3 重量级锁（Heavyweight Lock）

• 场景：真正的高竞争情况
• 实现：通过操作系统的互斥量(mutex)实现
• 特点：线程会进入阻塞状态

2. 自适应自旋锁（Adaptive Spinning）

• 自旋次数不再固定，而是根据：
  • 前一次在该锁上的自旋成功情况
  • 锁拥有者的状态
• 如果上次自旋成功，则增加自旋次数
• 如果很少成功，则可能直接跳过自旋

3. 锁消除（Lock Elimination）

• 优化场景：JIT 编译器通过逃逸分析确定对象不会逃逸当前线程

• 效果：完全移除不必要的同步操作

• 示例 ：

  public void method() {
      Object lock = new Object();  // 局部对象，不会逃逸
      synchronized(lock) {         // 会被优化掉
          // do something
      }
  }

4. 锁粗化（Lock Coarsening）

• 优化场景：相邻的同步块使用同一个锁

• 效果：合并多个同步块为一个，减少锁的获取/释放次数

• 示例 ：

  // 优化前
  synchronized(lock) { do1(); }
  synchronized(lock) { do2(); }
  
  // 优化后
  synchronized(lock) { 
      do1();
      do2(); 
  }

5. 其他优化

5.1 偏向锁延迟启用

• 默认情况下，JVM 在启动后4秒才启用偏向锁（通过 BiasedLockingStartupDelay 参数配置）
• 避免启动阶段大量竞争导致的偏向锁撤销开销

5.2 批量重偏向（Bulk Rebias）

• 当一类锁对象被多个线程交替使用，但未真正竞争时
• JVM 会批量重置这些对象的偏向锁，而不是逐个撤销

5.3 批量撤销（Bulk Revoke）

• 当一类锁对象的偏向模式不再有效时
• JVM 会一次性撤销所有该类实例的偏向锁

性能对比（JDK 1.6+ vs 早期版本）

场景	早期版本	JDK 1.6+ 优化后
单线程访问	重量级锁开销	偏向锁零开销
低竞争交替访问	重量级锁开销	轻量级锁CAS操作
短时间高竞争	线程立即阻塞	自旋尝试获取
长时间高竞争	线程阻塞	最终仍会阻塞

最佳实践

1. 减少同步范围：只在必要代码块加锁
2. 降低锁粒度：使用多个细粒度锁而非一个大锁
3. 避免锁嵌套：容易导致死锁
4. 考虑替代方案 ：在适当场景使用 java.util.concurrent 包中的并发工具

这些优化使得 synchronized 在大多数场景下的性能已经接近或超过显式锁（如 ReentrantLock），同时保持了更好的安全性和易用性。

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