java 重量级锁_java中的synchronized只是重量级锁吗？聊一聊synchronized锁升级流程

╰半夏微凉° 2022-11-03 11:58 226阅读 0赞

synchronized这个关键字，原来的印象就是一个重量级锁，也就是悲观锁，直接锁住代码段，剩余的线程进入到阻塞队列中，效率极低，实际上呢，在jdk1.6之后，synchronized的内部进行了优化，它不再是一个简单的重量级锁，它为了试用所有的情况，有了一个锁升级流程：无锁 -》 偏向锁  -》 轻量级锁 -》 重量级锁，接下来我们仔细的聊一下所谓的锁升级流程。

首先，现来看一下，synchronized的使用方法：

1、对一个对象进行加锁

synchronized(this)\{//代码

2、对一个方法进行加锁

public synchornized voidtest()\{//代码

实际上，无论是对一个对象进行加锁还是对一个方法进行加锁，实际上，都是对对象进行加锁。也就是说，对于方式2，实际上虚拟机会根据synchronized修饰的是实例方法还是类方法，去取对应的实例对象或者Class对象来进行加锁。

所以既然是对对象加锁，我们是不是应该了解下对象的结构呢，楼主的上一篇文章有关于对象结构的，不再多说。锁的信息都是存在对象头中的MarkWord中的。结构如下：

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一、无锁状态

当一个对象被创建出来时，为无锁状态，所标记位位01，是否偏向锁位0。

二、偏向锁

当一个线程执行到锁相关的代码段时，就会将是否偏向锁置为1，此时MarkWord结构如下：

bit fields是否偏向锁锁标志位

threadId

epoch

此时有线程占据了这个锁，这也就是偏向锁。

这也就到了偏向锁，这个锁会偏向于第一个获得它的线程，在接下来的执行过程中，假如该锁没有被其他线程所获取，没有其他线程来竞争该锁，那么持有偏向锁的线程将永远不需要进行同步操作。

假如，这时候来了一个线程，也来抢占该锁，处理流程如下：

1、判断线程id是否和MarkWord中的线程id相同，如果相同，那么直接执行代码块，否则执行下一步。

2、查看对象是否为可偏向，如果为0，那么进行CAS操做，将MarkWord中的否偏向锁置为1，并记录id。如果不是，执行下一步骤。

3、这时候就出现了竟争锁的情况，新线程，会尝试CAS操作，来更新线程id，如果失败，就进行锁的撤销或升级为轻量级锁。

如果失败，就去撤销锁，首先需要判断，MarkWord中存放的线程id是否还存活，如果已经死亡，就撤销锁，然后新线程，获取锁，否则升级为轻量级锁。

其中简单聊一下撤销锁：

锁的对象头中偏向着线程1，因为它不知道线程1什么时候来，所以一直偏向着，就算线程1已经死亡了。所以撤销锁的时候，先检查对象头所指向的线程是否存活，如果不存活，那么偏向锁撤销为无锁，线程2就拿到了锁，如果存在，那么线程1目前没有拿着锁而在干别的事情，这样锁就在不同时间段被不同线程访问了升级为轻量级锁。

所以，如果程序肯定是两个线程竟争，我们可以一开始就把偏向锁这个默认功能给关闭，否则浪费大量的资源。

偏向锁是默认开启的，而且开始时间一般是比应用程序启动慢几秒，如果不想有这个延迟，那么可以使用-XX:BiasedLockingStartUpDelay=0；

如果不想要偏向锁，那么可以通过-XX:-UseBiasedLocking = false来设置；

三、轻量级锁

简单描述下偏向锁升级为轻量级锁的过程：

1、线程在自己的线程栈中，新建一个锁记录LockRecord，官方称为Displaced Mark Word。

2、将LockRecord中的对象指针，指向锁对象，然后将锁对象的MarkWord复制到LockRecord中。

3、将锁对象的MarkWord替换为为指向LockRecord的指针。

为什么要拷贝mark word？

原因是为了不想在lock与unlock这种底层操作上再加同步，如果每个线程进来都不拷贝，直接对内容进行更改的话，可能会出错。

将LockRecord中的对象指针，指向锁对象，是为了识别，哪个对象被锁住了。

将锁对象的MarkWord替换为为指向LockRecord的指针，是为了让其他线程知道，这个锁被获取了。

然后MarkWord更新为：

bit fields锁标志位

指向LockRecord的指针

然后简单聊聊轻量级锁。

轻量级锁分为自旋锁和自适应自旋锁

1、自旋锁

自旋锁也就是当一个线程占据着锁时，这时候另一个线程来了，发现锁被占用，就开始进行不停的尝试CAS操作，也就是不停的执行for循环，来不停的尝试如果线程尝试获取锁的时候，轻量锁正被其他线程占有，就会不停的自旋获取锁，如果超过次数获取锁，那么它就会修改MarkWord，修改重量级锁，表示该进入重量锁了，知道获取锁之后，结束。

当线程太多之后，就会出现一个问题，假如有100个线程竟争资源，有99个在不停的执行for循环，这个cpu的消耗是非常可怕的。所以，线程太多了，就需要让线程阻塞，然后执行了，默认情况下，自旋的次数为10次，用户可以通过-XX:PreBlockSpin来进行更改，为了优化引入了自适应自旋锁，超过了次数，就升级为重量级锁。

2、自适应自旋(此操作为了防止长时间的自旋，在自旋操作上加了一些限制条件)。

比如一开始给线程自旋的时间是10秒，如果线程在这个时间内获得了锁，那么就认为这个线程比较容易获得锁，就会适当的加长它的自旋时间。

如果这个线程在规定时间内没有获得到锁，并且阻塞了。那么就认为这个线程不容易获得锁，下次当这个线程进行自旋的时候会减少它的自旋时间。

轻量级锁解锁操作

1、轻量级解锁时，会使用原子的CAS操作将Displaced Mark Word替换回到对象头。

2、如果成功，则表示没有竞争发生。成功替换，等待下一个线程获取锁。

3、如果失败，表示当前锁存在竞争(因为自旋失败的线程已经将对象头中的轻量级锁00改变为了10)，锁就会膨胀成重量级锁。

4、因为自旋会消耗CPU，为了避免无用的自旋(比如获得锁的线程被阻塞住了)，一旦锁升级成重量级锁，就不会再恢复到轻量级锁状态。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。

四、重量级锁

升级为重量级锁之后，MarkWord中发生变化，如下：

bit fields锁标志位

指向Mutex的指针