synchronized 原理进阶

通过本文档你将学习到

• 轻量级锁
• 锁膨胀
• 自选优化
• 偏向锁
• 锁消除

接上一话，我们想个办法，不能一说送快递，你直接选择东风快递是吧，一加锁你直接使用重量级锁。我们想个办法，有时候没必要直接用东风快递，可以用跑腿对吧。那下面就开始介绍下：锁的优化过程

1、前置知识

《深入理解java虚拟机》的书中知道，我们可以通过分析Java对象头中MarkWord来查看是那种锁。

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Java的对象头在对象的不同的状态下会有不同的表现形式，主要有三种状态，无锁状态，加锁状态，GC标记状态。那么就可以理解Java当中的上锁其实可以理解给对象上锁。也就是改变对象头的状态，如果上锁成功则进入同步代码块。但是Java当中的锁又分为很多种，从上图可以看出大体分为偏向锁、轻量锁、重量锁三种锁状态。这三种锁的效率是完全不同

关于对象状态一共分为五种状态，分别是无锁、偏向锁、轻量锁、重量锁、GC标记，但是2bit只能表示4种状态（00,01,10,11）JVM的做法将偏向锁和无锁的状态表示为同一个状态，然后根据图中偏向锁的标识再去标识是无锁还是偏向锁状态。
01 无锁 （010）
01偏向锁（101）
00轻量级锁
10重量级锁

这四个锁是什么意思，MarkWord什么鬼，MarkWord就是一个对象的一部分，里面存了一些信息，锁的问题下面会慢慢介绍

Java的对象头存储的是什么？我们可以看下

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假设我们理解一个对象头主要由上图两个部分组成（数组对象除外，数组对象的对象还包含一个数组长度）

2、轻量级锁

轻量级锁的使用场景：如果一个对象虽然有多线程要加锁，但加锁的时间是错开的（也就是没有竞争），那么可以使用轻量级锁来优化。

轻量级锁对使用者是透明的，即语法仍然是 synchronized

假设有两个方法同步块，利用同一个对象加锁

static final Object obj = new Object();
public static void method1() {
synchronized( obj ) {
    // 同步块 A
    method2();
     }
}

public static void method2() {
synchronized( obj ) {
    // 同步块 B
     }
}

创建锁记录（Lock Record）对象，每个线程都的栈帧都会包含一个锁记录的结构，内部可以存储锁定对象的Mark Word

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让锁记录中 Object reference 指向锁对象，并尝试用 cas 替换 Object 的 Mark Word，将 Mark Word 的值存
入锁记录

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如果 cas 替换成功，对象头中存储了 锁记录地址和状态 00 ，表示由该线程给对象加锁，这时图示如下

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如果 cas 失败，有两种情况
如果是其它线程已经持有了该 Object 的轻量级锁，这时表明有竞争，进入锁膨胀过程
如果是自己执行了 synchronized 锁重入，那么再添加一条 Lock Record 作为重入的计数

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当退出 synchronized 代码块（解锁时）如果有取值为 null 的锁记录，表示有重入，这时重置锁记录，表示重入计数减一

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当退出 synchronized 代码块（解锁时）锁记录的值不为 null，这时使用 cas 将 Mark Word 的值恢复给对象
头
成功，则解锁成功
失败，说明轻量级锁进行了锁膨胀或已经升级为重量级锁，进入重量级锁解锁流程

2 锁膨胀
如果在尝试加轻量级锁的过程中，CAS 操作无法成功，这时一种情况就是有其它线程为此对象加上了轻量级锁（有竞争），这时需要进行锁膨胀，将轻量级锁变为重量级锁。

static Object obj = new Object();
public static void method1() {
synchronized( obj ) {
// 同步块
 }
}

当 Thread-1 进行轻量级加锁时，Thread-0 已经对该对象加了轻量级锁

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这时 Thread-1 加轻量级锁失败，进入锁膨胀流程
即为 Object 对象申请 Monitor 锁，让 Object 指向重量级锁地址
然后自己进入 Monitor 的 EntryList BLOCKED

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当 Thread-0 退出同步块解锁时，使用 cas 将 Mark Word 的值恢复给对象头，失败。这时会进入重量级解锁
流程，即按照 Monitor 地址找到 Monitor 对象，设置 Owner 为 null，唤醒 EntryList 中 BLOCKED 线程