Java多线程（1）----浅谈锁升级

1，锁升级

1.1，前言

读《Java并发编程艺术》所作笔记
我们都知道在Java多线程编程中，synchronized一直是一个重量级的角色。
而Java中每一个对象都可以作为锁，具体的使用方式：

• 用于修饰普通同步方法时，锁是当前实例对象
• 用于修饰静态同步方法时，锁是当前的Class对象
• 用于修饰代码块的时候，锁是synchronized括号中配置的对象

tips：记住锁是哪些对象！！！

当一个线程试图访问同步代码块时，它首先必须得到锁，退出或抛出异常时必须释
放锁。那么锁到底存在哪里呢？锁里面会存储什么信息呢？

对于方法同步和代码块同步，JVM是基于进入和推出Monitor对象来实现的，但是两者的实现方式是不一样的。其中代码块同步：JVM是在编译后将monitorenter插入到同步代码块的开始位置，而monitorexit是插入到代码块结束的位置。必须要保证每一个monitirenter都有一个monitorexit与之对应。当一个 monitor 被持有后，它将处于锁定状态。线程执行到 monitorenter 指令时，将会尝试获取对象所对应的 monitor 的所有权，即尝试获得对象的锁

1.2，Java对象头

synchronized 用的锁是存在 Java 对象头里的

• 如果对象是数组类型的话，虚拟机用3个字宽来存储对象头
• 如果对象是非数组类型的话，虚拟机用2个字宽来存储对象头
• 【两者的区别在于数组类型的话，需要一个字去存储数组长度，下表可以看出】

长度	内容	说明
32/64bit	Mark Word	存储对象的hashCode或者锁信息
32/64bit	Class Metadata Address	存储到对象类型数据的指针
32/64bit	Array length	数组的长度（如果对象是数组类型的话）

Java 对象头里的 Mark Word 里默认存储对象的 HashCode、分代年龄和锁标记位

这是32位虚拟机下的Mark Word存储结构
这是64位虚拟机下的Mark Word存储结构

1.3，锁升级过程

Java SE 1.6 为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗，引入了“偏向锁”和“轻量级锁”，在 Java SE 1.6 中，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。

值得一提的是，不存在锁降级的过程：目的是为了提高获得锁和释放锁的效率【虽然读写锁中存在一个锁降级的概念，但跟这里的锁降级不是同一个概念。读写锁中的锁降级过程是保持持有写锁的同时，获得读锁，然后再释放写锁】

1.3.1，偏向锁

因为大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一个线程获取锁，为了让线程以更低的代价获取锁，从而引入了偏向锁的概念。

• 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
• 下次当该线程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

当开始出现竞争之后，就会从偏向锁升级为轻量级锁

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。

1.3.2，轻量级锁

• 线程在执行同步块之前，JVM会先在当前线程栈帧中开辟一块区域（这里称之为区域A）用于存储锁记录，并将锁对象头中的Mark Word复制到该区域，官方将这块区域成为Displaced Mark Word
• 然后线程试图将锁对象头中的Mark Word指向区域A；
  • 若成功，则该线程便获得这个锁
  • 若失败，表示其他线程竞争锁，那么当前线程就会进入自旋状态以不断的获取锁
• 当自旋到了一定程度之后，就会认为竞争非常激烈，需要操作系统的介入，所以锁升级为了重量级锁

因为自旋会消耗 CPU，为了避免无用的自旋（比如获得锁的线程被阻塞住了），一旦锁升级成重量级锁，就不会再恢复到轻量级锁状态。

1.3.3，三种锁的对比

未完待续……