Java——》synchronized锁升级

本是古典何须时尚 2024-03-03 08:00 71阅读 0赞

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#### Java——》synchronized锁升级 ####

*  一、无锁
 *   *  1、无锁
     *  2、匿名偏向
 *  二、偏向锁
 *   *  1、获取锁资源的过程（锁升级过程）
     *  2、为什么要有偏向锁延迟
     *  3、为什么偏向锁撤销会导致启动变慢
     *  4、偏向锁撤销安全点
     *  5、偏向锁重入
     *  6、偏向锁会降级到无锁状态吗以及如何降
 *  三、轻量级锁
 *  四、重量级锁
 *   *  1、重量级锁会降级到偏向锁或者是轻量级锁吗
     *  2、如何竞争锁资源

> synchronized在jdk1.6之前，一直是重量级锁，只要线程获取锁资源失败，直接挂起线程（用户态切换到内核态），效率低，所以JDK团队在Jdk1.6将synchronized做了3方面优化：锁升级、锁消除、锁膨胀。

**锁就是对象，Java中所有对象都是锁。**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>锁</th> 
   <th align="left">描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><strong>无锁/匿名偏向</strong></td> 
   <td align="left"><strong>无锁</strong>：没有开启偏向锁（偏向锁延迟开启时间内），没有线程拿锁<br><strong>匿名偏向</strong>：开启偏向锁，没有线程拿锁，没有偏向任何线程</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>偏向锁</strong></td> 
   <td align="left">只有一个线程来拿锁资源，没有竞争</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>轻量级锁</strong></td> 
   <td align="left">偏向锁出现竞争时，会升级到轻量级锁（触发偏向锁撤销），以CAS的方式（自适应自旋锁）去竞争锁资源，不会让线程挂起。（LockRecord）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>重量级锁</strong></td> 
   <td align="left">直接采用MarkWord指向的ObjectMonitor以传统的方式去竞争锁资源</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

![image.png][]  
![image.png][image.png 1]

## 一、无锁 ##

### 1、无锁 ###

一般情况下，**new出来的一个对象**，是**无锁状态**。  
因为偏向锁有延迟，在启动JVM的4s中，不存在偏向锁。

### 2、匿名偏向 ###

如果关闭了偏向锁延迟的设置，new出来的对象，就是**匿名偏向**，但没有偏向任何线程。

//关闭延迟开启偏向锁
    -XX:BiasedLockingStartupDelay=0
    //4s之后开启偏向锁
    -XX:BiasedLockingStartupDelay=4
    
    //禁止偏向锁
    -XX:-UseBiasedLocking 
    //启用偏向锁
    -XX:+UseBiasedLocking

## 二、偏向锁 ##

没有线程的竞争，只有一个线程在获取锁资源。

### 1、获取锁资源的过程（锁升级过程） ###

当某一个线程来获取这个锁资源时，发现没有线程占用锁资源，并且锁是偏向锁，使用CAS的方式，设置对象的线程ID为当前线程，获取到锁资源，下次当前线程再次获取锁资源时，只需要判断是偏向锁，并且对象的线程ID是当前线程ID就直接获得到锁资源。如果对象的线程ID不是当前线程ID，也就是说偏向锁状态出现了锁竞争的情况，就触发锁升级，升级为轻量级锁。

### 2、为什么要有偏向锁延迟 ###

JVM在启动时，需要加载大量的.class文件到内存中，这个操作会涉及到synchronized的使用，为了避免出现**偏向锁撤销导致启动效率变慢**，所以JVM启动时，有一个延迟4s开启偏向锁的操作。

偏向锁是延迟开启的，并且在开启偏向锁之后，默认不存在无锁状态，只存在匿名偏向。

### 3、为什么偏向锁撤销会导致启动变慢 ###

当偏向锁升级到轻量锁时，会触发**偏向锁撤销**。  
（1）偏向锁撤销需要等到一个**安全点**（STW），才可以做偏向锁撤销。  
（2）偏向锁撤销的**成本太高**（消耗资源）

### 4、偏向锁撤销安全点 ###

*  GC
 *  方法返回之前
 *  调用某个方法之后
 *  抛出异常的位置
 *  循环的末尾

### 5、偏向锁重入 ###

用到了**LockRecord**，只不过内部不会存储hashcode信息等等，在偏向锁重入时，每次都会压栈一个LockRecord，从而实现偏向锁重入。

### 6、偏向锁会降级到无锁状态吗以及如何降 ###

会。  
当偏向锁状态下，获取当前对象的hashcode值，会因为对象头空间无法存储hashcode，导致降级到无锁状态。

## 三、轻量级锁 ##

如果出现了**多个线程的竞争**，就要升级为**轻量级锁**（有可能直接从无锁变为轻量级锁，也有可能从偏向锁升级为轻量级锁，会触发偏向锁撤销）。  
轻量级锁的是**基于CAS**尝试获取锁资源，这里会用到**自适应自旋锁**，JVM会自动的根据上次CAS成功与否，决定这次自旋多少次。

*  如果成功获取到，拿着锁资源走
 *  如果自旋了一定次数，没拿到锁资源，锁升级为重量级锁

## 四、重量级锁 ##

轻量级锁CAS一段次数后，没有拿到锁资源，升级为重量级锁。线程拿不到锁，就挂起。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
        Thread.sleep(5000);
        Object o = new Object();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
    
        new Thread(() -> {
        
    
            synchronized (o){
        
                //t1  - 偏向锁
                System.out.println("t1:" + ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
            }
        }).start();
        //main - 偏向锁 - 轻量级锁CAS - 重量级锁
        synchronized (o){
        
            System.out.println("main:" + ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        }
    }

### 1、重量级锁会降级到偏向锁或者是轻量级锁吗 ###

不会

### 2、如何竞争锁资源 ###

直接采用MarkWord指向的**ObjectMonitor**以传统的方式去竞争锁资源

[Java]: https://blog.csdn.net/weixin_43453386/article/details/84788317
[Mysql]: https://blog.csdn.net/weixin_43453386/article/details/88667709
[Redis]: https://blog.csdn.net/weixin_43453386/article/details/127966762
[Kafka]: https://blog.csdn.net/weixin_43453386/article/details/128189472
[Spring]: https://blog.csdn.net/weixin_43453386/article/details/124900806
[SpringBoot]: https://blog.csdn.net/weixin_43453386/article/details/84788714
[MyBatis_MyBatis-Plus]: https://blog.csdn.net/weixin_43453386/article/details/84788053
[Linux]: https://blog.csdn.net/weixin_43453386/article/details/89241912
[MongoDB]: https://blog.csdn.net/weixin_43453386/article/details/84788450
[Elasticsearch]: https://blog.csdn.net/weixin_43453386/article/details/108583782
[image.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/03/349b03aa0d3e4833bbb5a1edcf59dd0f.png
[image.png 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/03/761bc16619a7453f9dc6937dabc0e28a.png