java八股文面试[多线程]——synchronized锁升级过程

速记：偏向-轻量-重量

锁膨胀

上面讲到锁有四种状态，并且会因实际情况进行膨胀升级，其膨胀方向是：无锁——>偏向锁——>轻量级锁——>重量级锁，并且膨胀方向不可逆

一.锁升级理论.
在synchronized锁升级过程中涉及到以下几种锁.先说一下这几种锁是什么意思.

偏向锁:只有一个线程争抢锁资源的时候.将线程拥有者标识为当前线程.
轻量级锁(自旋锁):一个或多个线程通过CAS去争抢锁,如果抢不到则一直自旋.
重量级锁:多个线程争抢锁,向内核申请锁资源,将未争抢成功的锁放到队列中直接阻塞.

为什么要有锁的升级过程?
      在最开始的时候,其实就是无锁直接到重量级锁,但是重量级锁需要向内核申请额外的锁资源,这就涉及到用户态和内核态的转换,比较浪费资源,而且大多数情况下,其实还是一个线程去争抢锁,完全不需要重量级锁.

锁的具体升级过程(通常情况下):

1.当只有一个线程去争抢锁的时候,会先使用偏向锁,就是给一个标识,说明现在这个锁被线程a占有.
2.后来又来了线程b,线程c,说凭什么你占有锁,需要公平的竞争,于是将标识去掉,也就是撤销偏向锁

3.升级为轻量级锁,三个线程通过CAS进行锁的争抢(其实这个抢锁过程还是偏向于原来的持有偏向锁的线程).现在线程a占有了锁,线程b,线程c一直在循环尝试获取锁,后来又来了十个线程,一直在自旋,那这样等着也是干耗费CPU资源,所以就将锁升级为重量级锁,向内核申请资源,直接将等待的线程进行阻塞.
锁升级的过程如下所示:

什么情况下偏向锁才会升级为轻量级锁,什么时候轻量级锁才会升级为重量级锁?

只有一个线程的时候就是偏向锁(当偏向锁开启的时候,偏向锁默认开启),当争抢的线程超过一个,升级为轻量级锁.
当自旋的线程循环超过10次,或者线程等待的数量超过cpu的1/2,升级为重量级锁.其实轻量级锁就适用于那种执行任务很短的线程,可能通过一两次自旋,就能够获取到锁.
开启偏向锁一定比轻量级锁高效吗?
      不一定,比如在一开始已经知道某个资源就需要被多个线程争抢,此时就不需要开启偏向锁,因为偏向锁给了标识之后,还需要取消这个标识,重新抢锁,比如在JVM中,偏向锁默认是延迟4秒才开始的,因为JVM在启动的时候需要多个线程竞争资源,并且这个都是一开始知道的.
 

对象在内存中的内存布局
在堆中,一个对象会包含以下四个部分:

 

我们如果使用synchronized对某个对象进行加锁,就会体现在mark word区域.在最低两个字节加以标识.
如下如所示:
重量级锁 对应 10
轻量级锁 对应 00
无锁和偏向锁都对应01,这个时候需要倒数第三个字节加以区分,
即 无锁 对应 001, 偏向锁 对应 101

其他注意点:
      并不是一定会有一个偏向锁->轻量级锁->重量级锁的过程,比如如果出现严重的耗时操作(sleep,或者wait等),就会直接由偏向锁升级为重量级锁.

TODO

知识来源：

【并发与线程】Sychronized的偏向锁、轻量级锁、重量级锁_哔哩哔哩_bilibili

【2023年多线程面试】无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁升级过程(多线程面试)_哔哩哔哩_bilibili

 synchronized锁升级过程_程序员bling的博客-CSDN博客