Java synchronized锁升级jol过程详解

jol（java object layout）需要的依赖

      org.openjdk.jol
      jol-core
      0.10
    

一。synchronized锁对象的升级（膨胀）过程主要如下：

1.膨胀过程：无锁（锁对象初始化时）-> 偏向锁（有线程请求锁） -> 轻量级锁（多线程轻度竞争）-> 重量级锁（线程过多或长耗时操作，线程自旋过度消耗cpu）；

2.jvm默认延时4s自动开启偏向锁（此时为匿名偏向锁，不指向任务线程），可通过-XX:BiasedLockingStartUpDelay=0取消延时；如果不要偏向锁，可通过-XX:-UseBiasedLocking = false来设置

3.锁只能升级，不能降级；偏向锁可以被重置为无锁状态

4.锁对象头记录占用锁的线程信息，但不能主动释放，线程栈同时记录锁的使用信息，当有其他线程（T1）申请已经被占用的锁时，先根据锁对向的信息，找对应线程栈，若线程已结束，则锁对象先被置为无锁状态，再被T1线程占有后置为偏向锁；若线程位结束，则锁状态由当前偏向锁升级为轻量级锁。

5.偏向锁和轻量级锁在用户态维护，重量级锁需要切换到内核态(os)进行维护；

二。锁对象头（markword部分，8字节）使用不同的状态进行表示，64位虚拟机的markword如下所示：

使用jol演示如下：

1.无锁状态

Object object = new Object(); System.out.println("hash: " + object.hashCode()); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());

header中前8个字节按照平时习惯的从高位到低位的展示为：00000000 00000000 00000000 00111001 10101110 11101101 00101111 00000001

对照上图，最后3位是001，无锁状态，中间31位（0111001 10101110 11101101 00101111）换算成十进制即为上图打印的hash：967765295

2.匿名偏向锁和偏向锁

Thread.sleep(5000); //等待jvm开启偏向锁
    Object o = new Object();
    System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());

    synchronized (o){
      System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
    }

第一次打印为匿名偏向，第二次偏向锁指向了main线程

注意：用run启动程序，不要用debug，实验的时候，用debug启动，第二次打印直接升级轻量级锁。

3.轻量级锁

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread.sleep(5000);
    Object o = new Object();
    synchronized (o) {
      System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
    }
    for (int i = 0; i < 1; i++) {
      Thread t = new Thread(() -> {
        print(o);
      });
      t.start();
    }
  }

  public static void print(Object o) {
    synchronized (o){
      System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
    }
  }

4.重量级锁

public static void main(String[] args){
    Object o = new Object();
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
      Thread t = new Thread(() -> {
        print(o);
      });
      t.start();
    }
  }

  public static void print(Object o) {
    synchronized (o){
      System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
    }
  }

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