必要知識

Java 對象的數據結構

• 在 HotSpot 虛擬機中，Java 對象在內存中存儲的布局可以分為 3 塊區域：對象頭（Header）、實例數據（Instance Data）和對齊填充（Padding）
• 對象頭中的 Mark Word 部分，用于存儲對象自身的運行時數據，如哈希碼（HashCode）、GC 分代年齡、鎖狀態標志、線程持有的鎖、偏向線程 ID、偏向時間戳等，其中的最后 2bit 是鎖狀態標志位（無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖、GC 標識）

鎖升級流程

無鎖 -> 偏向鎖 -> 輕量級鎖 -> 重量級鎖

無鎖： 沒有對資源進行鎖定，所有的線程都能訪問并修改同一個資源，但同時只有一個線程能修改成功，其他修改失敗的線程會不斷重試直到修改成功。

偏向鎖：對象的代碼一直被同一線程執行，不存在多個線程競爭，該線程在后續的執行中自動獲取鎖，降低獲取鎖帶來的性能開銷。偏向鎖，指的就是偏向第一個加鎖線程，該線程是不會主動釋放偏向鎖的，只有當其他線程嘗試競爭偏向鎖才會被釋放。
偏向鎖的撤銷，需要在某個時間點上沒有字節碼正在執行時，先暫停擁有偏向鎖的線程，然后判斷鎖對象是否處于被鎖定狀態。如果線程不處于活動狀態，則將對象頭設置成無鎖狀態，并撤銷偏向鎖；
如果線程處于活動狀態，升級為輕量級鎖的狀態。

輕量級鎖（樂觀鎖）：輕量級鎖是指當鎖是偏向鎖的時候，被第二個線程 B 所訪問，此時偏向鎖就會升級為輕量級鎖，線程 B 會通過自旋的形式嘗試獲取鎖，線程不會阻塞，從而提高性能。
當前只有一個等待線程，則該線程將通過自旋進行等待。但是當自旋超過一定的次數時，輕量級鎖便會升級為重量級鎖；當一個線程已持有鎖，另一個線程在自旋，而此時又有第三個線程來訪時，輕量級鎖也會升級為重量級鎖。

重量級鎖（悲觀鎖）：指當有一個線程獲取鎖之后，其余所有等待獲取該鎖的線程都會處于阻塞狀態。
重量級鎖通過對象內部的監視器（monitor）實現，而其中 monitor 的本質是依賴于底層操作系統的 Mutex Lock 實現，操作系統實現線程之間的切換需要從用戶態切換到內核態，切換成本非常高。

synchronized 的執行過程

檢查鎖對象的Mark Word 中的偏向鎖標識是否為 1，線程 ID 是不是當前線程 ID，如果是，表示當前線程處于偏向鎖

如果不是，則使用 CAS 將鎖對象的Mark Word 中線程 ID 設置為當前線程 ID，如果成功則表示當前線程獲得偏向鎖

如果失敗，則說明發生競爭，撤銷偏向鎖，進而升級為輕量級鎖（樂觀鎖）

當前線程使用 CAS 將對象頭的 Mark Word 替換為指向當前線程的棧幀中 Lock Record 的指針，如果成功，當前線程獲得鎖

如果失敗，表示其它線程競爭鎖，當前線程嘗試使用自旋來獲取鎖

如果自旋成功則依然處于輕量級狀態

如果自旋失敗，則膨脹為重量級鎖（悲觀鎖）

在所有的鎖都啟用的情況下，線程進入臨界區時會先去獲取偏向鎖，如果已經存在偏向鎖了，則會嘗試獲取輕量級鎖，啟用自旋鎖，如果自旋也沒有獲取到鎖，則使用重量級鎖，沒有獲取到鎖的線程阻塞掛起，直到持有鎖的線程執行完同步塊喚醒他們

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java中synchronized同步块的执行流程的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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