深入理解Java虚拟机-线程安全与锁优化
线程安全级别
不可变（Immutable） | 对象状态不可变，天然线程安全。 |
、
|
绝对线程安全 | 所有操作都线程安全（Java 中极少见）。 |
（通过同步实现，但复合操作仍不安全） |
相对线程安全 | 单次操作线程安全，复合操作需同步。 |
|
线程兼容 | 需调用方通过同步保证安全。 |
|
线程对立 | 无论是否同步都无法保证安全（设计错误）。 | 未正确同步的共享变量 |
线程安全的实现方式
互斥同步（Mutual Exclusion）
- 核心机制：通过锁（如 synchronized、ReentrantLock）保证临界区代码的原子性
- 底层原理：synchronized：基于对象头中的 Mark Word 和 Monitor 锁实现锁状态：无锁 → 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁ReentrantLock：基于 AQS（AbstractQueuedSynchronizer） 实现，支持公平/非公平锁
非阻塞同步（Non-Blocking）
- 核心机制：通过 CAS（Compare-And-Swap） 实现无锁编程
- CAS 指令：
AtomicInteger、AtomicReference等类的底层实现 - ABA 问题：通过
AtomicStampedReference解决 - 硬件支持：x86 架构的
cmpxchg指令
锁优化策略
偏向锁（Biased Locking）
- 目的：减少无竞争场景下的同步开销
- 原理：记录首个获取锁的线程 ID，后续该线程无需 CAS 操作即可直接进入临界区
- 适用场景：单线程重复访问锁
- 参数：
-XX:+UseBiasedLocking（默认开启）
轻量级锁（Lightweight Locking）
- 目的：减少多线程轻度竞争时的锁开销
- 原理：通过 CAS 操作将对象头替换为线程栈指针，避免操作系统级阻塞
- 适用场景：低并发竞争（如两个线程交替访问）
自旋锁（Spin Lock）
- 目的：减少线程阻塞和唤醒的上下文切换开销
- 原理：线程在竞争锁时循环等待（自旋），而非立即挂起
- 参数：
-XX:PreBlockSpin=10（默认自旋 10 次后升级为阻塞）
锁消除（Lock Elimination）
- 目的：去除无实际竞争场景下的冗余锁
- 原理：JIT 编译器通过 逃逸分析，若发现锁对象仅被当前线程使用，直接删除锁操作
锁粗化（Lock Coarsening）
- 目的：减少频繁加锁/解锁的开销
- 原理：合并多个连续的锁操作为一个更大的锁范围
适应性自旋（Adaptive Spinning）
- 目的：动态调整自旋策略，平衡 CPU 资源消耗
- 原理：根据历史自旋成功率和锁持有时间，动态调整自旋次数或直接阻塞
重量级锁（Heavyweight Locking）
- 目的：解决高并发竞争下的线程安全
- 原理：依赖操作系统互斥量（mutex）和条件变量（condition variable），直接阻塞竞争线程
- 适用场景：多线程高竞争（如秒杀场景）
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