Java 加锁与解锁

今天看极客时间的时候看到了 java 锁的一篇文章，其中关于加锁与解锁的几个点不是特别理解，晚上专门差了一下资料，算是弄明白了。

疑问

为什么解锁的时候，cas 释放失败就证明有其他线程来获取过锁呢？

原理

每一个java对象都拥有一个对象头，对象头分为2个部分：Mark Word（标记字段） 与 Class Pointer（类型指针）。

• Mark Word用于存储对象自身的运行时数据，自身运行时的数据：哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID、偏向时间戳等，它是实现轻量级锁和偏向锁的关键。
• Class Pointer是对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

32位虚拟机的Mark Word如下：

分析

先说一下锁的种类：偏向锁，轻量级锁，重量级锁。

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偏向锁

获取流程：

1. 确认对象是可偏向状态（是否偏向：1，锁标致：01）；
2. 可偏向，查询 Mark Word 中 线程ID是否为当前线程ID，是则进行5，不是则3；
3. 未指向当前线程，则 CAS 尝试获取锁，获取成功，将 Mark Word 中线程ID更换，执行5，否则执行4；
4. 如果获取失败，则说明有线程竞争，那么在 safe-point 安全点时，获取锁的线程挂起，升级为轻量级锁，然后被阻塞在安全点的线程继续执行后面的代码；
5. 执行代码。

释放流程：

不主动释放，只有当出现竞争，进入到安全点时才会触发释放逻辑，这也是3为什么会获取成功的原因。
结果是要么释放被其他线程获取，要么升级轻量级锁。

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轻量级锁

获取流程：

1. 线程进入同步代码块时，如果是偏向锁的状态；线程在自己的栈帧空间内建立一个 Mark Record 的空间，用于存储 Mark Word 的备份，官方称为 Displaced Marl Word，这是线程与对象头的状态是这样的：
2. 拷贝 Mark Word 到 Lock Record 中；
3. CAS 尝试将对象头的 Mark Word 指向 Lock Record，并将 Lock Record 中的 owner 执行 mark word，如果成功执行4，否则5；
4. 如果更新成功，就证明得到锁，并将锁标致位更新为00，表示对象处于轻量级锁，此时线程与对象头的状态：
5. 如果更新失败，jvm 先判断 mark word 是否指向当前栈帧，如果是代表线程已经获取锁，进入重入状态；如果不是证明已经被其他线程获取，自旋等待一定时间，如果仍未获取，升级为重量级锁（将 mark work 从指向线程指针改为指向互斥量）。

释放流程

1. 通过 CAS 将线程中复制的 Displaced Mark Work 替换会原先的 Mark Word；
2. 替换失败，说明有其他线程尝试过获取该锁（此时锁已膨胀），那就要在释放锁的同时，唤醒被挂起的线程。

这里说一下轻量级锁释放失败是就证明锁升级的原理，因为之前 mark word 指向的是本线程的指针，这个是 cas 期望的值，但是被其他线程更改为了指向互斥量的对象了，cas 就失败，就证明升级为了重量级锁。

参考文档

https://www.itqiankun.com/art...
https://juejin.im/post/5b4eec...