Java锁升级的实现过程

对象内存布局

Java对象在内存中存储的布局可以分为3块区域: 对象头、实例数据、对齐填充。

对象头,分为两个部分,第一个部分存储对象自身的运行时数据，又称为Mark Word,32位虚拟机占32bit，64位虚拟机占64bit。如图所示，不同锁状态下，Mark Word的结构，理解下面要介绍的各种锁，和锁升级过程，都需要先充分了解Mark Word的结构。

第二部分是类型指针，指向类元数据指针，虚拟机通过此指针，确定该对象属于那个类的实例。

轻量级锁

轻量级锁是相对于重量级锁(Synchrnoized)而言的，本意是在没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。

轻量级锁的获取

线程进入同步块时，如果此同步对象没有被锁定(即锁标志位为01,是否为偏向锁为0)，虚拟机在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录(Lock Record)的空间，用于存储锁对象目前的一个Mark Word的copy

然后虚拟机使用CAS操作，尝试将Mark World更新为指向Lock Record的指针，如果更新成功，那么线程拥有了该对象的锁，并且将锁标志位置位00，如图所示

一旦有两条以上的线程抢占该锁，轻量级锁会升级为重量级锁。锁标志位置为10,Mark Word存储的就是指向重量级锁的指针

轻量级锁释

  • 放如果对象的Mark Word仍然指向着线程的锁记录， 那就用CAS操作把对象当前的Mark Word和线程中复制的Displaced Mark Word替换回来， 如果替换成功， 整个同步过程就完成了。
  • 如果替换失败， 说明有其他线程尝试过获取该锁，轻量级锁膨胀为重量级锁,那就要在释放锁的同时， 唤醒被挂起的线程。

偏向锁

引入偏向锁的目的是在没有多线程竞争的前提下，进一步减少线程同步的性能消耗。

偏向锁的获取

开启偏向锁模式后，锁第一次被线程获取的时候，虚拟机会把对象头中是否为偏向锁的标志位设位0,同时使用CAS操作把获取到这个锁的线程的ID记录在对象的Mark Word之中。

当有另外一个线程去尝试获取这个锁时， 偏向模式就宣告结束。 根据锁对象目前是否处于被锁定的状态, 撤销偏向（ Revoke Bias） 后恢复到未锁定（ 标志位为“01”）或轻量级锁定（ 标志位为“00”） 的状态

偏向锁的释放

偏向锁，并没有显式的锁释放过程，主要依靠锁的批量再偏向（Bulk Rebias）机制实现锁释放。

该机制的主要工作原理如下：

  • 引入一个概念 epoch, 其本质是一个时间戳 ， 代表了偏向锁的有效性，从前文描述的对象头结构中可以看到， epoch 存储在可偏向对象的 MarkWord 中。
  • 除了对象中的 epoch, 对象所属的类 class 信息中， 也会保存一个 epoch 值，每当遇到一个全局安全点时， 如果要对 class 进行批量再偏向， 则首先对 class 中保存的 epoch 进行增加操作， 得到一个新的 epoch_new
  • 然后扫描所有持有 class 实例的线程栈，根据线程栈的信息判断出该线程是否锁定了该对象， 仅将epoch_new 的值赋给被锁定的对象中。
  • 退出安全点后， 当有线程需要尝试获取偏向锁时， 直接检查 class中存储的 epoch 值是否与目标对象中存储的 epoch 值相等，如果不相等， 则说明该对象的偏向锁已经无效了， 可以尝试对此对象重新进行偏向操作。

整个锁升级过程

参考文章

偏向锁，轻量级锁与重量级锁的区别与膨胀

Java中的偏向锁，轻量级锁， 重量级锁解析

到此这篇关于Java锁升级的实现过程的文章就介绍到这了,更多相关Java锁升级内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！

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