Java 中 synchronized 的性能已经经过长期优化。现代 JVM 会根据运行时情况对锁进行多种优化，减少无竞争或低竞争场景下的开销。

1. synchronized 的基本语义

synchronized 保证：

• 互斥。
• 可见性。
• 有序性。

synchronized (lock) {
    // critical section
}

进入同步块需要获取监视器锁，退出同步块释放锁。

2. 锁状态

HotSpot 对对象锁做了多种状态优化。

常见锁状态可以理解为：

• 无锁。
• 偏向锁。
• 轻量级锁。
• 重量级锁。

需要注意：偏向锁在 JDK 15 中已经默认禁用，并废弃了相关命令行参数，学习时理解历史演进即可。现代实践中更关注轻量级锁、重量级锁和锁消除等优化。

3. 轻量级锁

轻量级锁适合线程交替进入同步块、竞争不激烈的场景。

它尝试通过 CAS 避免直接进入操作系统互斥量，减少内核态切换开销。

如果竞争加剧，轻量级锁可能膨胀为重量级锁。

4. 重量级锁

重量级锁会涉及操作系统互斥量，竞争失败的线程可能被阻塞和唤醒。

这会带来：

• 上下文切换。
• 内核态开销。
• 调度延迟。

高竞争同步块可能严重影响性能。

5. 锁消除

如果逃逸分析发现某个锁对象不会被其他线程访问，JIT 可以消除这个锁。

public void method() {
    Object lock = new Object();
    synchronized (lock) {
        // no escape
    }
}

这种锁没有实际同步意义。

6. 锁粗化

如果 JVM 发现一系列连续操作反复加锁解锁，可能把多个锁操作合并成一个更大范围的锁。

for (int i = 0; i < 100; i++) {
    synchronized (lock) {
        doSomething(i);
    }
}

锁粗化可以减少频繁加锁解锁开销，但也可能扩大锁持有时间。JVM 会根据优化策略决定。

7. 工程实践

写并发代码时，不要过度依赖 JVM 自动优化。更重要的是：

• 缩小临界区。
• 避免锁内执行 IO。
• 避免锁内调用外部服务。
• 减少热点锁竞争。
• 合理使用并发容器。
• 必要时拆分锁或使用无锁结构。

8. 阶段小结

JVM 对锁做了很多优化，使 synchronized 在无竞争和低竞争下性能较好。但高竞争锁仍然会成为瓶颈。锁优化知识帮助我们理解 JVM 行为，工程上仍要从设计上减少共享和竞争。

9. 锁状态变化图

无锁
  │
  ├─ 低竞争
  ▼
轻量级锁
  │
  ├─ CAS 失败、竞争加剧
  ▼
重量级锁
  │
  └─ 线程阻塞和唤醒涉及操作系统

偏向锁是历史上的低竞争优化，JDK 15 起默认禁用并废弃相关参数。学习锁状态时要结合 JDK 版本。

10. 锁竞争排查

锁竞争可能表现为：

• CPU 高。
• 响应时间长。
• 大量线程 BLOCKED。
• JFR 中 Monitor Blocked 事件多。
• 线程栈集中在某个 synchronized 块。

排查工具：

• jstack 看 BLOCKED 线程。
• JFR 看锁竞争事件。
• async-profiler 看锁 profiling。
• 应用指标看队列和线程池。

11. 工程优化方向

问题	优化方向
锁粒度太大	缩小临界区
锁内 IO	把 IO 移出锁
单锁热点	分段锁、拆分数据
读多写少	ReadWriteLock、CopyOnWrite、不可变对象
计数热点	LongAdder
共享状态复杂	消息队列、Actor、串行化处理

12. Tips 快问快答

Q：synchronized 一定慢吗？

A：不是。现代 JVM 对无竞争和低竞争场景优化很多，真正慢的是高竞争和锁内慢操作。

Q：锁消除由谁做？

A：JIT 基于逃逸分析判断锁对象是否可能被其他线程访问。

Q：锁粗化一定好吗？

A：不一定。它减少加解锁次数，但可能扩大锁持有时间。

Q：怎么判断锁竞争严重？

A：看线程栈 BLOCKED 数量、JFR 锁事件、RT 抖动和 CPU 使用情况。