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引言#

HotSpot 的锁实现经历了偏向锁、轻量级锁、重量级锁等阶段，以减少无竞争同步的开销。了解锁的演进和 JDK 15 之后的调整，有助于我们在并发代码中做正确的锁选择。

HotSpot 锁状态转换#

  1. 无锁：对象头 mark word 记录 hash、年龄；
  2. 偏向锁：初次获取锁时将线程 ID 写入 mark word，以后同线程进入不需 CAS；
  3. 轻量级锁：通过 CAS 尝试获取锁，使用自旋等待；
  4. 重量级锁：多线程竞争失败后，进入 OS 互斥锁，线程阻塞。

偏向锁的激活条件#

  • 默认开启（JDK 6 起）；
  • 可通过 -XX:+UseBiasedLocking 控制；
  • 延迟激活：-XX:BiasedLockingStartupDelay；
  • 仅适用于无竞争、单线程访问的锁。

JDK 15 的变更#

JEP 374 移除了偏向锁，JDK 17 彻底删除该特性。[1]

  • 原因：JIT、C2 复杂度高；偏向锁撤销成本大；
  • 替代：直接使用轻量级锁 + 自旋 + 自适应调度。

轻量级锁与自旋策略#

  • -XX:+UseSpinWait 在用户态自旋等待；
  • -XX:PreBlockSpin 控制自旋次数；
  • 自适应自旋：根据上次锁持有时间动态调整；
  • 与 CPU 核心数、线程排队情况相关。

实践案例#

  • 高并发订单系统中，热点锁在 JDK 17 后性能平稳提升 5%，主要来自偏向锁撤销开销消失；
  • 在大量短临界区场景，高自旋可能导致 CPU 空转，应结合 perf 观察；
  • AQS（AbstractQueuedSynchronizer）仍基于重量级锁，需要结合业务选择。

优化建议#

  • 使用无锁或低争用设计（LongAdder、StampedLock）；
  • 在 JDK 15+ 不再关注偏向锁参数，专注于竞争热点；
  • 监控 safepoint 与锁竞争，jcmd Thread.print 查看；
  • 在微服务中使用 synchronized 已不再过时，尤其配合 JIT 优化。

总结#

偏向锁曾在单线程场景发挥作用，但随 JDK 发展，轻量级锁成为默认策略。理解锁状态转换与自旋策略，才能写出高效、稳定的同步代码。

参考资料#

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