面试鸭Java后端面试题, Java 中 synchronized 的底层实现和锁的升降级机制是什么?
面试鸭Java后端面试题, Java 中 synchronized 的底层实现和锁的升降级机制是什么?
QA
Step 1
Q:: Java 中 synchronized 的底层实现和锁的升降级机制是什么？
A:: 在 Java 中，synchronized 是一种用于实现线程同步的关键字。其底层实现依赖于 JVM 实现的内置锁（monitor）。每个对象都有一个监视器锁（monitor），synchronized 会将线程关联到对象的监视器锁。synchronized 的锁机制包括偏向锁、轻量级锁和重量级锁。锁的升级机制是指锁会根据竞争的情况，从偏向锁升级到轻量级锁，再到重量级锁。锁的降级机制则是在适当的时候将锁从重量级降级为轻量级，甚至偏向锁。具体实现细节涉及到对象头（Mark Word）和 Monitor 对象结构。
Step 2
Q:: 偏向锁（Biased Locking）是什么？
A:: 偏向锁是一种优化锁机制，用于减少无竞争情况下的锁获取成本。当一个线程获取锁时，锁会偏向该线程，后续该线程再次获取锁时不需要进行同步操作。偏向锁在没有竞争时性能极高，但在多线程竞争激烈的场景下会迅速升级为轻量级锁或重量级锁。
Step 3
Q:: 轻量级锁（Lightweight Lock）是什么？
A:: 轻量级锁是用于减少线程间竞争成本的锁机制。当多个线程尝试获取同一个锁时，轻量级锁通过使用 CAS（Compare-And-Swap）操作来竞争锁，从而避免了重量级锁的上下文切换开销。
Step 4
Q:: 重量级锁（Heavyweight Lock）是什么？
A:: 重量级锁是传统的操作系统级别的锁，当轻量级锁竞争失败时，会升级为重量级锁。重量级锁通过操作系统的互斥量（mutex）实现，会导致线程的阻塞和唤醒，开销较大。
Step 5
Q:: 锁的升级和降级机制是什么？
A:: 锁的升级机制指的是锁在检测到竞争情况时，从偏向锁升级到轻量级锁，再到重量级锁。锁的降级机制指的是在竞争减少时，将锁从重量级锁降级为轻量级锁，甚至偏向锁。这些机制旨在提高系统性能，根据实际运行时的竞争情况动态调整锁的状态。