Java 中轻量级锁在锁竞争加剧时的表现行为

冷炫風刃

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2026-07-30

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轻量级锁在竞争加剧时会升级为重量级锁;当自旋次数达阈值(默认10次)仍抢锁失败,jvm触发锁膨胀,将mark word替换为指向objectmonitor的指针,标志位由00变为10,此后不可降级且所有竞争线程进入内核态阻塞。

java 中轻量级锁在锁竞争加剧时的表现行为

轻量级锁在竞争加剧时,会主动放弃自旋等待,升级为重量级锁。

轻量级锁的自旋尝试有明确阈值

当多个线程同时竞争同一把轻量级锁时,未获取到锁的线程不会立即阻塞,而是进入自旋状态——即在用户态反复执行CAS操作尝试抢锁。但JVM对自旋次数做了限制:

  • 默认自旋次数通常为10次(具体由-XX:PretenureSizeThreshold等参数影响,实际受JVM版本和运行时策略调控)
  • 若在限定次数内仍无法成功获取锁,线程将停止自旋
  • 此时JVM判定“竞争已加剧”,触发锁膨胀(Lock Inflation)

升级过程伴随对象头Mark Word重写

轻量级锁升级为重量级锁不是简单标记切换,而是底层结构的实质性变更:

Java Linux版
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  • 原轻量级锁状态下,Mark Word存储的是指向栈中Lock Record的指针(锁标志位为00)
  • 升级时,JVM会为该对象创建ObjectMonitor(监视器),并将Mark Word替换为指向该monitor的指针
  • 锁标志位从00变为10,表示进入重量级锁定状态
  • 所有后续争抢线程将被挂起,进入操作系统级阻塞队列

升级后不再降级,且影响所有后续竞争

锁升级是单向不可逆的:

  • 一旦膨胀为重量级锁,该对象在整个生命周期内都保持重量级锁状态
  • 即使之后竞争消失、只剩单一线程访问,也不会回退到轻量级或偏向锁
  • 后续所有synchronized操作都将走ObjectMonitor路径,涉及用户态/内核态切换

典型触发场景容易被忽略

并非只有“大量线程同时抢锁”才会触发升级,以下情况同样会导致轻量级锁快速膨胀:

  • 两个线程交替执行但时间窗口重叠(如sleep间隔过短)
  • 自旋期间发生线程调度(例如OS强制切出CPU),导致自旋失效
  • 锁内执行耗时操作(如I/O、长循环),延长持有时间,增加冲突概率

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