Java锁

锁

1、什么是锁

在并发环境下，多个线程会对同一资源进行争抢竞争，可能会导致数据不一致的问题出现。为了解决此问题，编程语言引用的锁机制，来对资源进行锁定。可以理解为解决了资源竞争问题的方式就是锁。

当不同的线程竞争灰色区域内的共享数据时，就有可能出现问题。

2、对象

    Java中每个对象object都拥有一把锁，锁存放在对象头中，锁记录了当前对象被哪个线程占用。

其中对象头记录了一些运行时信息（markWord、classPoint等）。

其中markWord中记录了一些很重要的锁的信息（64位虚拟机与32位虚拟机不同）：

锁状态	25bit		4bit	1bit	2bit
	23bit	2bit		是否偏向锁	锁标志位
无锁	对象的hashCode		分代年龄	0	01
偏向锁	线程id	Epoch	分代年龄	1	01
轻量级锁	指向栈中所记录的指针				00
重量级锁	指向重量级锁的指针				10
GC标记	空				11

由这32bit的信息，就可以了解到对象锁的信息。

3、Synchronized

看一个简单的demo。可以看到是由MONITORENTER和MONITOREXIT两个字节码指令将业务代码进行包裹。但是因为monitor是依赖于操作系统的mutex lock实现的,所以每次挂起或者唤醒线程时都要切换操作系统的内核态，操作是比较重量级的，甚至切换的时间消耗就大于执行任务的时间（所以其实并不是线程数越多越好）。

Java6引用了偏向锁与轻量级锁的概念。所以也就出现了锁升级的概念。无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁。（有锁升级，那么有锁降级吗？）

4、锁的4种状态

4.1无锁

无锁没有对资源进行锁定，所有线程均可以对资源进行访问。有两种情况：1、无竞争2、存在竞争但是不使用锁的方式同步线程（经典CAS）。同时CAS在操作系统中是通过一条指令来实现，所以可以保证原子性。

4.2偏向锁

如果需要给对象加锁，同时希望不通过线程切换也不使用CAS来获取锁，而是让对象“认识”某个线程，只要后续是此线程访问此对象，就直接获取锁，这就是偏向锁。偏向锁可以通过前23bit中的线程id来判断，如果相同则直接获取锁，如果不同则升级为轻量级锁。

4.3轻量级锁

最后两个bit位为00时为轻量级锁，此时线程会在自己的虚拟机栈中中开辟出一块Lock Record的空间，虚拟机栈为线程私有的一块空间。Lock Record中存放的是对象头中的markWork的副本以及owner指针，线程通过CAS去尝试获取锁，获取锁之后将会复制对象头中的markWork信息到Lock Record中，同时将owner指针指向该对象，同时对象头中的markWork的30bit将生成一个指针指向虚拟机栈中的Lock Record，这样就实现了线程与对象头的绑定，此时改对象被此线程占有。

 

此时若有其他的线程想要获取对象，则需要自旋等待。线程不断自旋尝试看目标对象的锁有没有被释放，如果释放了就获取。此方式区别于被操作系统挂起阻塞，若对象很快被释放，自旋不需要进行系统中断和恢复，所以效率更高。

当然为了解决一直不停的自旋，CPU空转问题，优化出现了适应性自旋，自旋时间由上一次在同一个锁上的自旋时间以及锁状态共同决定。如果自旋等待的线程超过1个，轻量级锁将升级为重量级锁。

4.4重量级锁

重量级锁完全锁定资源，通过monitor来进行管控，例如synchronized。