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java中的锁膨胀

无锁->偏向锁(无竞争的锁)->轻量级锁(可以自旋的锁)->重量级锁

一、偏向锁

在了解偏向锁之前我们先来了解一下对象头

1、对象头

在这里引用《Java并发编程的艺术》中对对象头的解释

synchronized用的锁是存在Java对象头里的。如果对象是数组类型，则虚拟机用3个字宽（Word）存储对象头，如果对象是非数组类型，则用2字宽存储对象头。在32位虚拟机中，1字宽等于4字节，即32bit，如表2-2所示：

Java对象头里的Mark Word里默认存储对象的HashCode、分代年龄和锁标记位。32位JVM的Mark Word的默认存储结构如表2-3所示：

在运行期间，Mark Word里存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。Mark Word可能变化为存储以下4种数据，如表2-4所示：

在64位虚拟机下，Mark Word是64bit大小的，其存储结构如表2-5所示：

2、偏向锁

大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，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偏向锁。

当一个线程访问同步代码块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，

以后该线程再进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁，只需要简单地测试一下对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁。

如果测试成功，表示线程已经获得了锁。

如果测试失败，则需要再测试一下Mark Word中偏向锁的标识是否设置为1（表示指向当前进程）：

如果没有，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进程。

——《Java并发编程的艺术》

偏向锁的操作根本没有去找操作系统，每个对象都有对象头，下图示为account对象的“对象头”

JVM使用CAS操作把线程ID记录到了这个Mark Word当中，修改了标识位，当前线程就拥有这把锁了

可以看出：JVM不用和操作系统协商设置Mutex，它只记录下线程ID，就表示当前线程拥有这把锁了，不用操作系统介入。

这时线程获得了锁，可以执行synchronized修饰的代码块。

当线程再次执行到这个synchronized的时候，JVM通过锁对象account的Mark Word判断：“当前线程ID还在，还持有着这个对象的锁，就可以继续进入临界区执行

这就是偏向锁，在没有别的线程竞争的时候，一直偏向当前线程，当前线程可以一直执行

二、自旋锁（轻量级锁）

轻量级锁是由偏向所升级来的，偏向锁运行在一个线程进入同步块的情况下，当第二个线程加入锁争用的时候，偏向锁就会升级为轻量级锁

轻量级锁的加锁过程：

在代码进入同步块的时候，如果同步对象锁状态为无锁状态（锁标志位为“01”状态，是否为偏向锁为“0”），虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录（Lock Record）的空间，用于存储锁对象目前的Mark Word的拷贝，官方称之为 Displaced Mark Word。

拷贝对象头中的Mark Word复制到锁记录中；

拷贝成功后，虚拟机将使用CAS操作尝试将对象的Mark Word更新为指向Lock Record的指针，并将Lock record里的owner指针指向object mark word。如果更新成功，则执行步骤4，否则执行步骤5。

如果这个更新动作成功了，那么这个线程就拥有了该对象的锁，并且对象Mark Word的锁标志位设置为“00”，即表示此对象处于轻量级锁定状态。

如果这个更新操作失败了，虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果是就说明当前线程已经拥有了这个对象的锁，那就可以直接进入同步块继续执行。否则说明多个线程竞争锁，轻量级锁就要膨胀为重量级锁，锁标志的状态值变为“10”，Mark Word中存储的就是指向重量级锁（互斥量）的指针，后面等待锁的线程也要进入阻塞状态。而当前线程便尝试使用自旋来获取锁，自旋就是为了不让线程阻塞，而采用循环去获取锁的过程。

三、重量级锁

轻量级锁膨胀之后，就升级为重量级锁了。

重量级锁是依赖对象内部的monitor锁来实现的，而monitor又依赖操作系统的MutexLock(互斥锁)来实现的，所以重量级锁也被成为互斥锁。

synchronized就是一个典型的重量级锁 synchronized关键字

原文 https://segmentfault.com/a/1190000021496080

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