JVM优化下synchronized锁机制

前言

在看synchronized底层实现的八股的时候，发现对JVM底层优化的思路，大多数博客只是基本介绍了无锁，偏向锁，轻量锁和重量锁四种锁状态，并没有看到详细给出锁升级的步骤的文章，部分文章也只是描述了一个锁升级成另一个锁的部分，并没有完整的串起来。因此自己参考多篇文章的思路整理了一下整个转换的过程。

申请锁的步骤

首先，了解一下不同锁状态在对象头的Mark Word中对应的结构。

在任何情况下，对象一定处于这四种状态中的一种（也有可能状态位为11，用于GC，不能再被获取，所以此处不讨论），那么在线程访问synchronized修饰的代码时，首先就会读取Mark Word中的内容，查看当前的锁状态。

• 若锁状态位为10，则执行重量级锁的MonitorEnter和MonitorExit命令来进行加锁/解锁。
• 若锁状态位为00，则当前有线程持有该对象的轻量级锁，那么申请锁的线程需要自旋等待，若等待成功，则获得锁，若等待失败，则将轻量级锁升级为重量级锁。
• 若锁的状态位为01，则此时对象的状态是无锁或者偏向锁，下面使用流程图来说明具体的过程。
  

1. 判断是否允许偏向锁以及是否存在偏向锁
   • 若不支持偏向锁，则直接获取轻量锁
   • 若无偏向锁则使用CAS获取偏向锁
   • 若偏向锁是自己的则可以直接运行代码
   • 否则，存在别的线程占用偏向锁（假设占用锁的线程为A，当前线程为B），需要进行偏向锁的撤销
     1. 等待线程A进入全局安全点
     2. 暂停线程A，判断A是否在执行当前锁区域代码
        • 若是，则发生锁冲突，将偏向锁升级为轻量锁，由线程A去申请该轻量锁，线程B自旋等待轻量锁
        • 若不是，则未发生冲突，线程B使用CAS去获取偏向锁
2. 申请轻量锁的步骤
   1. 在线程的栈中开辟一个Record Lock的空间
   2. 将Mark Word的内容拷贝到Record Lock中
   3. 使用CAS修改Mark Word中的内容：
      1. 将Mark Word前62位替换为指向自己线程栈中的Record Lock的指针
      2. 将Mark Word最后2位的锁状态位改为00
3. 若申请轻量锁时，CAS失败，则将轻量锁升级为重量锁；若成功，则执行代码，并在退出时，使用CAS将Record Lock中的内容拷贝回Mark Word，并修改状态位。若此时轻量锁已经被升级重量级锁，则唤醒锁等待的线程。