Java -- 每日一問：synchronized底層如何實作？什麼是鎖的更新、降級？

典型回答

在回答這個問題前，先簡單複習一下上一講的知識點。synchronized 代碼塊是由一對兒 monitorenter/monitorexit 指令實作的，Monitor 對象是同步的基本實作單元。

在 Java 6 之前，Monitor 的實作完全是依靠作業系統内部的互斥鎖，因為需要進行使用者态到核心态的切換，是以同步操作是一個無差别的重量級操作。

現代的（Oracle）JDK 中，JVM 對此進行了大刀闊斧地改進，提供了三種不同的 Monitor 實作，也就是常說的三種不同的鎖：偏斜鎖（Biased Locking）、輕量級鎖和重量級鎖，大大改進了其性能。

所謂鎖的更新、降級，就是 JVM 優化 synchronized 運作的機制，當 JVM 檢測到不同的競争狀況時，會自動切換到适合的鎖實作，這種切換就是鎖的更新、降級。

當沒有競争出現時，預設會使用偏斜鎖。JVM 會利用 CAS 操作（compare and swap），在對象頭上的 Mark Word 部分設定線程 ID，以表示這個對象偏向于目前線程，是以并不涉及真正的互斥鎖。這樣做的假設是基于在很多應用場景中，大部分對象生命周期中最多會被一個線程鎖定，使用偏斜鎖可以降低無競争開銷。

如果有另外的線程試圖鎖定某個已經被偏斜過的對象，JVM 就需要撤銷（revoke）偏斜鎖，并切換到輕量級鎖實作。輕量級鎖依賴 CAS 操作 Mark Word 來試圖擷取鎖，如果重試成功，就使用普通的輕量級鎖；否則，進一步更新為重量級鎖。

我注意到有的觀點認為 Java 不會進行鎖降級。實際上據我所知，鎖降級确實是會發生的，當 JVM 進入安全點（SafePoint）的時候，會檢查是否有閑置的 Monitor，然後試圖進行降級。

高手回答

自旋鎖:競争鎖的失敗的線程，并不會真實的在作業系統層面挂起等待，而是JVM會讓線程做幾個空循環(基于預測在不久的将來就能獲得)，在經過若幹次循環後，如果可以獲得鎖，那麼進入臨界區，如果還不能獲得鎖，才會真實的将線程在作業系統層面進行挂起。