Java并发机制的学习—synchronized（偏向锁和轻量级锁）

向右看齐 2022-03-17 10:54 379阅读 0赞

## 锁的实现原理 ##

锁具体表现的三种形式

1、对于普通的同步方法，锁是当前的实例对象。

2、对于静态同步方法，锁是当前类的Class对象。

3、对于同步方法块，锁是Synchronized括号里配置的对象。

当一个线程试图访问同步代码块时，它首先要得到锁，退出或者抛出异常的时候必须释放锁。

JVM基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步。代码块同步是使用monitorenter和monitorexit指令来实现的，方法同步虽然与代码块同步的在细节方面有所不同，但是也可以用monitorenter和monitorexit来解释：

monitorenter指令在编译后插入到同步代码块的开始位置，而monitorexit是插入到方法的结束初和异常处，JVM要保证每个monitorenter都要有一个monitorexit与之相对应。任何对象都要有一个monitor与之相关联，当一个monitor被持有后，它将处于锁定状态。线程执行到monitorenter指令时，将会获取对象所对应的monitor的所有权，即尝试获取对象的锁。

注意：Synchronized用的锁是存在Java的对象头里的。

## 偏向锁与轻量级锁 ##

锁的级别：

无锁状态<偏向锁状态<轻量级锁状态<重量级锁状态

注意：锁只能升级，不能降级

1、偏向锁

HotSpot的作者经过研究发现，大多数情况下，锁不仅不存在多线程的竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID,以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁，只需要简单的测试对象头的Mark Work里是否存储着指向当前线程的偏向锁。如果测试成功则表示已经获得了锁，如果测试失败，则需要再测试下Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1（表示当前时偏向锁）：如果没有设置，则使用CAS竞争锁；如果设置了，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。

（1）偏向锁的撤销

偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制，所以当其他线程试图竞争偏向锁的时候，持有偏向锁的线程才会释放锁。偏向锁的撤销，需要等待全局安全点（这个时间点没有正在执行的字节码）。它会首先暂停拥有偏向锁的线程，然后检查持有偏向锁的进程是否还活着，如果线程不处于活动的状态，则将对象头设置成无锁的状态；如果线程仍然活着，则拥有偏向锁的栈会被执行，遍历偏向对象的锁记录，栈中的锁记录和对象头的Mark Word要么重新偏向于其他线程，要么回复到无锁或者标记对象不适合作为偏向锁，最后唤醒暂停的线程。

（2）关闭偏向锁

偏向锁在Java6和Java7中默认时启用的，但是它是在应用程序启动几秒之后才激活，如果有必要，可以通过JVM参数来关闭延迟。如果能确定应用程序的锁通常都处于一种竞争的状态，可以通过JVM来关闭偏向锁。

2、轻量级锁

（1）轻量级锁加锁

线程在执行同步块之前，JVM会先在当前线程的栈帧中创建用于存储锁记录的空间，并将对象头中Mark Word复制到锁记录中，官方称为Displaced Mark Word。然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功，当前线程获得锁，如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁。

（2）轻量级锁解锁

轻量级锁解锁时，会使用原子的CAS操作将Displaced Mark Word 替换回对象头，如果成功。则表示没有竞争发生。如果失败，表示当前锁存在竞争，锁就会膨胀成为重量级所。

因为自旋会消耗CPU，为了避免无用的自旋（比如获得的锁被阻塞住了），一旦锁升级成重量锁，就不会再会恢复到轻量级的锁状态。当锁处于这个状态下，其他线程试图获取锁时，都会被阻塞住，当持有锁的线程释放锁之后就会唤醒这些线程，被唤醒的线程就会进行新一轮的夺锁之争。