详解Java锁机制：看完你就明白的锁系列之锁的状态("Java锁机制详解：轻松掌握锁系列之锁状态解析")

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ithorizon 6个月前 (10-21) 阅读数 26 #后端开发

Java锁机制详解：轻松掌握锁系列之锁状态解析

一、Java锁机制概述

在Java多线程编程中，锁是一种用于控制多个线程对共享资源访问的同步机制。合理地使用锁可以避免竞争条件和数据不一致的问题，节约程序的性能和稳定性。Java提供了多种锁机制，如synchronized、ReentrantLock、读写锁等。本文将详细介绍Java锁的状态及其工作原理。

二、锁的状态

锁的状态是指锁在生命周期中的不同阶段。在Java中，锁的状态关键包括：无锁、轻量级锁、重量级锁和自旋锁。下面我们将分别介绍这些状态。

二.1 无锁状态

无锁状态是指没有线程持有锁，此时锁处于可用状态。当有线程尝试获取锁时，会进入下一个状态。

二.2 轻量级锁状态

轻量级锁是为了缩减锁的开销而引入的一种锁状态。当线程尝试获取锁时，首先会检查锁对象是否处于轻量级锁状态。如果是，则通过CAS操作尝试将锁的指针指向当前线程的栈帧中的锁记录。如果胜利，则线程获得锁；如果挫败，则进入重量级锁状态。

二.3 重量级锁状态

重量级锁是一种传统的锁实现，其开销较大。当线程尝试获取锁时，如果锁对象处于重量级锁状态，则会挂起当前线程，并在操作系统层面进行线程切换。当锁被释放时，唤醒等待的线程，继续执行。

二.4 自旋锁状态

自旋锁是一种基于循环等待的锁实现。当线程尝试获取锁时，如果锁已经被占用，则线程会在循环中逐步检查锁的状态，直到锁变为可用状态。自旋锁的优点是缩减了线程切换的开销，但缺点是线程在循环中会占用CPU资源。

三、锁的升级和降级

在Java中，锁的状态会利用竞争情况动态升级和降级。以下是锁的升级和降级过程：

三.1 锁的升级

锁的升级是指从无锁状态到轻量级锁状态，或者从轻量级锁状态到重量级锁状态的转换。当线程尝试获取锁时，如果锁对象处于无锁状态，则会尝试升级为轻量级锁；如果轻量级锁尝试挫败，则会升级为重量级锁。

三.2 锁的降级

锁的降级是指从重量级锁状态到轻量级锁状态，或者从轻量级锁状态到无锁状态的转换。当锁持有者发现没有其他线程竞争锁时，会尝试将锁降级为轻量级锁或无锁状态，以缩减锁的开销。

四、案例分析

下面通过一个易懂的示例来分析锁的状态变化。


public class LockDemo {
    private static final Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("Thread 1: 获取锁");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Thread 1: 释放锁");
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("Thread 2: 获取锁");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Thread 2: 释放锁");
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
    }
}