Synchronized锁的升级

男娘i 2023-02-16 05:46 11阅读 0赞

### Java对象头 ###

Synchronized用的锁是存在java对象头里的。如果对象是数组，虚拟机则使用三个字宽（Word）存储对象头，如果是非数组类型则用2个字宽存储，在32位虚拟机 1个字宽=4个字节

<table>  32位jvm java对象头的存储结构  
 <tbody> 
  <tr> 
   <th colspan="1" style="width:110px;">锁状态</th> 
   <th colspan="2" style="width:105px;">25bit</th> 
   <th style="width:248px;">4bit</th> 
   <th style="width:144px;">1bit</th> 
   <th style="width:245px;">2bit</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th style="width:105px;">23bit</th> 
   <th style="width:93px;">2bit</th> 
   <th style="width:248px;">&nbsp;</th> 
   <th style="width:144px;">是否是偏向锁</th> 
   <th style="width:245px;">锁标志位</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:110px;">无锁状态</td> 
   <td colspan="2" style="text-align:center;vertical-align:middle;width:105px;">对象的hashCode</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:248px;">对象分代年龄</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:144px;">0</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:245px;">01</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:110px;">偏向锁</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:105px;">线程ID</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:93px;">EPOCH</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:248px;">对象分代年龄</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:144px;">1</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:245px;">01</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:110px;">轻量级锁</td> 
   <td colspan="4" style="text-align:center;vertical-align:middle;width:105px;">指向栈中锁记录的指针</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:245px;">00</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:110px;">重量级锁</td> 
   <td colspan="4" style="text-align:center;vertical-align:middle;width:105px;">指向互斥量（重量级锁）的指针</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:245px;">11</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:110px;">GC标记</td> 
   <td colspan="4" style="text-align:center;vertical-align:middle;width:105px;">空</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:245px;">01</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 偏向锁 ###

偏向锁，当只有一个线程访问同步代码块并获取锁时，会在对象头和栈帧中锁记录里，存储锁偏向的线程ID，以后进入和退出时，不需要进行CAS操作来加锁或解锁。

## 偏向锁升级成轻量级锁 ##

*  线程A请求锁，发现对象的MarkWord是无锁状态，尝试CAS设置为偏向锁状态，并写入线程A的ID
 *  线程B也来请求锁，发现MarkWord已经是偏向锁状态，检查线程A是否存在
 *  如果此时线程A已经不存在
    
     *  将MarkWord设置为无锁状态(?)
     *  尝试CAS设置为偏向锁状态，并写入线程B的ID
 *  如果此时线程A存在
    
     *  暂停线程A
     *  在线程A的栈帧中创建锁记录(Lock Record)
     *  将MarkWord复制到该锁记录中
     *  尝试CAS更新MarkWord，指向该锁记录
     *  更新锁记录的Owner指向MarkWord
     *  设置MarkWord为轻量级锁状态
     *  此时MarkWord与DisplacedMarkWord存储了相同的内容
     *  继续执行线程A
     *  线程B自旋来获取锁

## 轻量级锁膨胀成重量级锁 ##

*  线程A栈帧的锁记录已经复制了MarkWord，并且MarkWord指向了该锁记录
 *  线程B来请求锁，发现MarkWord已经是轻量级锁，尝试自旋(?)
 *  线程B自旋之后还是获取不到锁
    
     *  更新MarkWord，指向重量级锁(Mutex Lock)
     *  设置MarkWord为重量级锁状态
     *  阻塞线程B
 *  线程A尝试CAS用DisplacedMarkWord替换当前的MarkWord，CAS失败
    
     *  释放锁
     *  唤醒阻塞的线程

锁的优缺点

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### 参考文献 ###

java并发编程的艺术-方腾飞

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