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一、锁机制全景图：从内核态到用户态

1. Java锁分类与演进史

2. 锁升级全流程（synchronized底层原理）

无锁 → 偏向锁（单线程） → 轻量级锁（CAS自旋） → 重量级锁（OS互斥量）  

锁膨胀条件：

• 偏向锁：-XX:BiasedLockingStartupDelay=0（默认延迟4秒）
• 重量级锁：自旋超过阈值（-XX:PreBlockSpin=10）或竞争激烈

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二、synchronized与ReentrantLock核心差异

对比维度	synchronized	ReentrantLock
实现层级	JVM内置（C++实现）	Java API（AQS实现）
锁释放	自动（代码块结束）	必须手动unlock()
中断响应	不支持	支持lockInterruptibly()
公平性	非公平（默认）	可选公平/非公平（构造参数）
条件变量	单个monitor条件	可创建多个Condition
性能	JDK6后优化接近Lock	高竞争下更优

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三、底层实现深度剖析

1. synchronized监视器锁结构

// HotSpot对象头Mark Word结构（64位）  
| 锁状态  | 25bit          | 31bit                   | 1bit | 4bit |  
|---------|----------------|-------------------------|------|------|  
| 无锁    | 未使用         | 对象hashCode            | 0    | 001  |  
| 偏向锁  | 线程ID+epoch   |                         | 1    | 001  |  
| 轻量锁  | 指向栈中锁记录 |                         |      | 000  |  
| 重量锁  | 指向互斥量指针 |                         |      | 010  |  

2. AQS（AbstractQueuedSynchronizer）核心逻辑

// ReentrantLock获取锁流程  
final void lock() {  if (!tryAcquire(1) &&  acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), 1))  selfInterrupt();  
}  // CLH队列节点结构  
static final class Node {  volatile int waitStatus;  volatile Node prev;  volatile Node next;  volatile Thread thread;  
}  

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四、性能压测与选型策略（基于JMH）

1. 不同竞争强度下的吞吐量对比

线程数=4，竞争低：  
synchronized: 1,234,567 ops/ms  
ReentrantLock: 1,345,678 ops/ms  线程数=32，竞争高：  
synchronized: 456,789 ops/ms  
ReentrantLock: 789,012 ops/ms  

2. 选型决策树

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五、高并发实战案例

1. 分布式库存扣减（非公平锁优化）

public class InventoryService {  private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();  private Map<String, Integer> stock = new HashMap<>();  public boolean deduct(String itemId, int quantity) {  lock.lock();  try {  int remain = stock.getOrDefault(itemId, 0);  if (remain >= quantity) {  stock.put(itemId, remain - quantity);  return true;  }  return false;  } finally {  lock.unlock();  }  }  
}  

2. 死锁检测与解决（tryLock实践）

public void transfer(Account from, Account to, int amount) {  while (true) {  if (from.lock.tryLock()) {  try {  if (to.lock.tryLock()) {  try {  // 转账逻辑  return;  } finally {  to.lock.unlock();  }  }  } finally {  from.lock.unlock();  }  }  Thread.sleep(randomDelay()); // 避免活锁  }  
}  

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六、锁优化十大黄金法则

1. 减少锁粒度：拆大锁为小锁（如ConcurrentHashMap分段锁）
2. 缩短持锁时间：锁内只保留必要操作
3. 锁分离策略：读写分离（ReentrantReadWriteLock）
4. 避免嵌套锁：按固定顺序获取锁
5. 锁消除：-XX:+EliminateLocks（JIT优化）
6. 锁粗化：合并连续小锁（JIT自动优化）
7. 偏向锁优化：-XX:+UseBiasedLocking
8. 自旋锁调优：-XX:PreBlockSpin=20
9. 适应性自旋：-XX:+UseSpinning
10. 虚拟线程兼容：Java 21虚拟线程避免锁阻塞

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七、Java 21虚拟线程与锁机制

1. 虚拟线程对锁的影响

try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {  executor.submit(() -> {  synchronized(lock) {  // 兼容传统锁  // 虚拟线程挂起不会阻塞内核线程  }  });  
}  

2. 最佳实践：

• 避免在虚拟线程中使用synchronized长时间阻塞
• 优先使用ReentrantLock+await（支持线程切换）

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八、常见陷阱与高频面试题

1. 陷阱案例：锁对象变更导致失效

private Object lock = new Object();  public void updateLock() {  synchronized(lock) {  lock = new Object();  // 后续线程使用不同锁！  }  
}  

2. 面试题：为什么synchronized是非公平锁？

答案：

• 减少线程切换开销（唤醒等待线程需要成本）
• 提高吞吐量（允许新请求插队）

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