用 JOL 验证 synchronized 的锁升级过程（偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁）

文章目录

[一、验证偏向锁（Biased Lock）](#一、验证偏向锁（Biased Lock）)
[二、验证轻量级锁（Lightweight Lock）](#二、验证轻量级锁（Lightweight Lock）)
[三、验证重量级锁（Heavyweight Lock）](#三、验证重量级锁（Heavyweight Lock）)
[四、总结：如何用 JOL 清晰地观察锁升级过程？](#四、总结：如何用 JOL 清晰地观察锁升级过程？)

如何用 Java Object Layout (JOL) 工具验证 Java 中 synchronized 的三种锁升级过程。

Maven 依赖：

xml 复制代码

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.17</version>
</dependency>

一、验证偏向锁（Biased Lock）

⚠️ JVM 默认延迟偏向锁 4 秒

因此要么 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0，要么 Thread.sleep 等待 4 秒。

java 复制代码

public class JOLDemoBias {
    static class A {}
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        A a = new A();
        System.out.println("无锁：");
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());

        Thread.sleep(5000); // 等待偏向锁生效

        synchronized (a) {
            System.out.println("偏向锁：");
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
        }
    }
}

观测点：

偏向锁时 mark word 的最后3 位是 101

并且会包含 ThreadId（偏向线程的 ID）。

二、验证轻量级锁（Lightweight Lock）

轻量级锁发生在 同一线程重复进入 synchronized，或多个线程竞争但没有阻塞时。

java 复制代码

public class JOLDemoLight {
    static class A {}
    public static A a = new A();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread.sleep(5000); // 偏向锁激活

        synchronized (a) {
            System.out.println("偏向锁：");
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
        }

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (a) {
                System.out.println("轻量级锁：");
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
            }
        });

        t1.start();
        t1.join();
    }
}

观测点：

轻量级锁时 mark word 的最后3 位是 00

并且 mark word 指向线程栈中的 Lock Record（栈中一个 pointer）。

三、验证重量级锁（Heavyweight Lock）

多个线程竞争导致阻塞后，会升级为重量级锁。

java 复制代码

public class JOLHeavyDemo {
    static class A {}
    static A a = new A();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread.sleep(5000); // 偏向锁激活
        System.out.println("初始：");
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (a) {
                try { Thread.sleep(2000); } catch (Exception ignored) {}
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            synchronized (a) {
                System.out.println("重量级锁：");
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
            }
        });

        t1.start();
        Thread.sleep(100); // 保证 t1 先进入同步块
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();
    }
}

观测点：

重量级锁时：

mark word 的最后 3 位是 10
其余部分存放一个指向 Monitor 对象（OS 层的 mutex） 的指针

表现为 JOL 输出里面出现：

复制代码

monitor (owner ... )

四、总结：如何用 JOL 清晰地观察锁升级过程？

锁状态	Mark Word 低三位	特征
无锁（Normal）	001	hash 未计算时更多空间用于 MarkWord
偏向锁	101	有 ThreadId
轻量级锁	00	指向线程栈中 Lock Record
重量级锁	10	指向 Monitor 对象