Java锁机制(偏向锁、轻量级锁、重量级锁)

从synchronized举例,在java1.6当中为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗而引入的偏向锁和轻量级锁,以及锁的存储结构和升级过程。

·对于普通同步方法,锁是当前实例对象。
·对于静态同步方法,锁是当前类的Class对象。
·对于同步方法块,锁是Synchonized括号里配置的对象。
JVM基于进入和退出Monitor对 象来实现方法同步和代码块同步,但两者的实现细节不一样。代码块同步是使用monitorenter 和monitorexit指令实现的,而方法同步是使用另外一种方式实现的。

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。Java锁机制(偏向锁、轻量级锁、重量级锁)_第1张图片

Java锁机制(偏向锁、轻量级锁、重量级锁)_第2张图片

 

锁一共有4种状态,级别从低到高依次是:无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态,这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。锁可以升级但不能降级。这种锁升级却不能降级的策略,目的是为了提高获得锁和释放锁的效率。

1.偏向锁

     HotSpot[1]的作者经过研究发现,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成1(表示当前是偏向锁):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。

最后一句话比较晕, 明明说了偏向锁有竞争就会升级成轻量级锁, 多读几遍之后我的理解是:如果设置了偏向锁标志,说明当前锁住同步块的那个对象锁还没有被使用过, 这时通过CAS来获得它的第一次使用。 如果没有设置偏向锁标志,说明线程是用过不止一次之后再进来发现它已经不是偏向锁了,这时就说明升级成CAS轻量级锁了。

(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,所以当其他线程尝试竞争偏向锁时,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(在这个时间点上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线程是否活着,如果线程不处于活动状态,则将对象头设置成无锁状态;如果线程仍然活着,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,要么恢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。图2-1中的线 程1演示了偏向锁初始化的流程,线程2演示了偏向锁撤销的流程。

这里要注意第一句话等到竞争才释放锁, 也就是说撤销的唯一原因就是为了进行锁升级咯。 由于有些代码可以提前看出是否会出现锁竞争,我们可以设置关闭偏向锁, 来绕过锁撤销所带来的开销, 毕竟在全局安全点执行一次stop the world的开销还是比较大的.

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桢中创建用于存储锁记录的空间,并将对象头中的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
轻量级解锁时,会使用原子的CAS操作将Displaced Mark Word替换回到对象头,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,锁就会膨胀成重量级锁。

我的理解是轻量级锁是不同线程在不同时间段获取锁来使用,因为在同一时间段的话解锁操作就会失败然后发生锁膨胀。但是我们用SynChronized基本上就是因为会产生并发冲突了, 所以我感觉一般来说会立即变成重量级锁

重量级锁和轻量级锁的区别是一个使用CAS自旋来获取锁, 重量级锁会阻塞线程,涉及系统调用、用户态和内核态切换的开销。

 

 

 

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