偏向锁,轻量级锁及重量级锁的加锁和升级过程分析

说明:本文不探讨这些锁的原理,仅仅简单说明锁升级的流程


锁的简单说明:

偏向锁:

偏向锁是JDK6中引入的一项锁优化,它的目的是消除数据在无竞争情况下的同步原语,进一步提高程序的运行性能。

偏向锁会偏向于第一个获得它的线程,如果在接下来的执行过程中,该锁没有被其他的线程获取,则持有偏向锁的线程将永远不需要同步。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。

轻量级锁

轻量级锁提升程序同步性能的依据是:对于绝大部分的锁,在整个同步周期内都是不存在竞争的(区别于偏向锁)。这是一个经验数据。如果没有竞争,轻量级锁使用CAS操作避免了使用互斥量的开销,但如果存在锁竞争,除了互斥量的开销外,还额外发生了CAS操作,因此在竞争非常多,锁等待时间长的情况下,轻量级锁比传统的重量级锁更慢。

重量级锁

重量级锁也就是通常说synchronized的对象锁,也叫悲观锁.它所做的事情就是,在某一个时间节点,只有一个对象能获取这把锁,其它竞争的线程全部阻塞.等待锁释放之后重新唤醒线程并且竞争这把锁.它强调的是独占性和排他性.

偏向所锁,轻量级锁都是乐观锁,重量级锁是悲观锁。

线程加锁升级的过程

一个对象刚开始实例化的时候,没有任何线程来访问它的时候。它是可偏向的,意味着,它现在认为只可能有一个线程来访问它,所以当第一个线程来访问它的时候,它会偏向这个线程,并且使用CAS进行标记这个线程.此时,对象持有偏向锁。偏向第一个线程,之后再次访问这个对象时,只需要对比是否是原来的那个线程,不需要再使用CAS在进行操作。

一旦有第二个线程访问这个对象,因为偏向锁不会主动释放,所以第二个线程可以看到对象时偏向状态,这时表明在这个对象上已经存在竞争了,检查原来持有该对象锁的线程是否依然存活,如果挂了,则可以将对象变为无锁状态,然后重新偏向新的线程,如果原来的线程依然存活,则马上执行那个线程的操作栈,检查该对象的使用情况,如果仍然需要持有偏向锁,则偏向锁升级为轻量级锁,(偏向锁就是这个时候升级为轻量级锁的)。如果不存在使用了,则可以将对象回复成无锁状态,然后重新偏向。

轻量级锁认为竞争存在,但是竞争的程度很轻,一般两个线程对于同一个锁的操作都会错开,或者说稍微等待一下(自旋),另一个线程就会释放锁。 但是当自旋超过一定的次数,或者一个线程在持有锁,一个在自旋,又有第三个来访时,轻量级锁膨胀为重量级锁,重量级锁使除了拥有锁的线程以外的线程都阻塞,防止CPU空转。

为了避免无用的自旋,轻量级锁一旦膨胀为重量级锁就不会再降级为轻量级锁了;偏向锁升级为轻量级锁也不能再降级为偏向锁。一句话就是锁可以升级不可以降级,但是偏向锁状态可以被重置为无锁状态。

使用简图来简单介绍锁升级过程:

偏向锁,轻量级锁及重量级锁的加锁和升级过程分析_第1张图片

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