Java锁synchronized关键字学习系列之轻量级锁

不念不忘少年蓝@ 2022-10-09 12:08 230阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  Java锁synchronized关键字学习系列之轻量级锁
     *   *  轻量级锁加锁原理
         *  轻量级锁释放锁原理
         *  轻量级锁重入
         *  总结
         *  参考

## Java锁synchronized关键字学习系列之轻量级锁 ##

### 轻量级锁加锁原理 ###

1.  在代码访问同步资源时，如果锁对象处于无锁不可偏向状态，JVM首先将在当前线程的**栈帧**中创建一条锁记录（lock record），用于存放：

*  displaced mark word：存放锁对象当前的mark word的拷贝(为了解锁的时候恢复给锁对象，后面会说)
 *  owner指针：指向当前的锁对象的指针，在拷贝mark word阶段暂时不会处理它

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nja2V2aW5jeWg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

所以现在在栈帧中的lock record中的displaced mark word 存放的是锁对象处于无锁不可偏向状态的mark word的拷贝。

1.  在拷贝mark word完成后，首先会挂起线程，jvm使用CAS操作尝试将对象的 mark word中的 **lock record 指针**指向栈帧中的锁记录。 这里我们来回顾一下对象头在不同锁状态下的结构。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nja2V2aW5jeWg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

前面说到当前的锁对象是无锁不可偏向状态的，在拷贝完mark word之后，就会尝试把除了标示位以外空间用来存放栈帧中lock record的地址。

并且会将锁记录中的owner指针指向锁对象的mark word。如下：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nja2V2aW5jeWg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

*  如果CAS替换成功（说明当前锁对象的mark word跟栈帧中lock record中的displaced mark word是**一样**的），表示竞争锁对象成功，则将锁标志位设置成 00，并且现在 mark word中的 **lock record 指针**指向栈帧中的锁记录，表示对象处于轻量级锁状态，执行同步代码中的操作。
 *  如果CAS替换失败（说明当前锁对象的mark word跟栈帧中lock record中的displaced mark word是**不一样**的），则**判断当前对象的mark word是否指向当前线程的栈帧**：
    
     *  如果是则表示当前线程已经持有对象的锁，执行的是synchronized的锁重入过程，可以直接执行同步代码块
     *  否则说明该其他线程已经持有了该对象的锁，如果在自旋一定次数后仍未获得锁，那么轻量级锁需要升级为重量级锁，将锁标志位变成10，后面等待的线程将会进入阻塞状态

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nja2V2aW5jeWg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nja2V2aW5jeWg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

上面这两张图都是参考别人的，参考链接在最下方。

### 轻量级锁释放锁原理 ###

轻量级锁的释放同样使用了CAS操作，尝试将displaced mark word 替换回mark word（也就是把栈帧中lock record的displaced mark word 拷贝回锁对象的mark word），这时需要检查锁对象的mark word中lock record指针是否指向当前线程的锁记录：

*  如果替换成功（锁对象的mark word中的lock record指针指向当前线程栈帧的lock record），则表示没有竞争发生，整个同步过程就完成了
 *  如果替换失败（锁对象的mark word中的lock record指针指向的不是当前线程栈帧的lock record），则表示当前锁资源存在竞争，有可能其他线程在这段时间里尝试过获取锁失败，导致自身被挂起，并修改了锁对象的mark word升级为重量级锁，最后在执行重量级锁的解锁流程后唤醒被挂起的线程

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nja2V2aW5jeWg_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

### 轻量级锁重入 ###

synchronized是可以锁重入的，在轻量级锁的情况下重入也是依赖于栈上的lock record完成的。以下面的代码中3次锁重入为例：

synchronized (user){
        synchronized (user){
            synchronized (user){
                //TODO
            }
        }
    }

> 轻量级锁的每次重入，都会在栈中生成一个lock record，但是保存的数据不同：
> 
> 首次分配的lock record，displaced mark word复制了锁对象的mark word，owner指针指向锁对象。  
> 之后重入时在栈中分配的lock record中的displaced mark word为null，只存储了指向对象的owner指针

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nja2V2aW5jeWg_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

> 轻量级锁中，重入的次数等于该锁对象在栈帧中lock record的数量，这个数量隐式地充当了锁重入机制的计数器。这里需要计数的原因是每次解锁都需要对应一次加锁，只有最后解锁次数等于加锁次数时，锁对象才会被真正释放。在释放锁的过程中，如果是重入则删除栈中的lock record，直到没有重入时则使用CAS替换锁对象的mark word。

### 总结 ###

轻量级锁与偏向锁类似，都是jdk对于多线程的优化，不同的是轻量级锁是通过CAS来避免开销较大的互斥操作，而偏向锁是在无资源竞争的情况下完全消除同步。

最后放一个图来展示一下偏向锁和轻量级锁的升级

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nja2V2aW5jeWg_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

### 参考 ###

[synchronized和锁对象][synchronized]

[再谈synchronized锁升级][synchronized 1]

[synchronized轻量级锁的获取流程 | ProcessOn免费在线作图][synchronized_ _ ProcessOn]

[轻量级锁的加锁过程 | ProcessOn免费在线作图,在线流程图][_ ProcessOn]

[加锁 后何时解锁\_轻量级锁加解锁过程详解][Link 1]

[轻量级锁与偏向锁][Link 2]

[带你彻底搞懂锁膨胀，偏向锁，轻量级锁，重量级锁][Link 3]

[synchronized锁升级原理分析(偏向锁-轻量级锁-重量级锁)][synchronized_-_-]

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[synchronized]: https://blog.csdn.net/weixin_42103620/article/details/117219970
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[_ ProcessOn]: https://www.processon.com/view/link/5effeb67e0b34d4dba69a2ca
[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_30789053/article/details/112579059
[Link 2]: https://blog.csdn.net/wolegequdidiao/article/details/45116141
[Link 3]: https://blog.csdn.net/weixin_42737868/article/details/105730958
[synchronized_-_-]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/143479902