大白话讲解synchronized锁升级套路

以你之姓@ 2023-09-26 20:05 97阅读 0赞

synchronized锁是啥？锁其实就是一个对象，随便哪一个都可以，Java中所有的对象都是锁，换句话说，Java中所有对象都可以成为锁。  
这次我们主要聊的是synchronized锁升级的套路

`synchronized`会经历四个阶段：`无锁状态`、`偏向锁`、`轻量级锁`、`重量级锁` 依次从耗费资源最少，性能最高，到耗费资源多，性能最差。

# 锁原理 #

先看看这些状态的锁为什么称之为锁，他们的互斥原理是啥。

### 偏向锁 ###

当一个线程到达**同步代码块**，尝试获取锁对象的时候，会查看对象头中的`MarkWord`里的线程ID，如果这里没有ID则将自己的保存进去，拿到锁。若是有，则查看是否是当前线程，如果不是，就CAS尝试改，如果是，就已经拿到了锁资源。

这里详细说说CAS尝试修改的逻辑：它会**检查持有偏向锁的线程状态**。首先**遍历当前JVM的所有存活的线程**，如果**能找到**偏向的线程，则说明偏向的线程**还存活**，此时会**检查线程是否在执行同步代码块中的代码**，如果是，则升级为轻量级锁，去继续进行CAS竞争锁。所以加了偏向锁之后，同时只有一个线程可以拿到锁执行同步代码块中的代码。

### 轻量级锁 ###

查看对象头中的`MarkWord`里的`Lock Record`指针指向的是否是当前线程的虚拟机栈，如果是，拿锁执行业务，如果不是则进行CAS，尝试修改，若是修改几次都没有成功，再升级到重量级锁。

### 重量级锁 ###

查看对象头中的`MarkWord`里的指向的`ObjectMonitor`，查看owner是否是当前线程，如果不是，扔到`ObjectMonitor`里的`EntryList`中排队，并挂起线程，等待被唤醒。

# 锁升级 #

### 无锁 ###

一般情况下，**新new出来的一个对象**，暂时就是**无锁状态**。因为偏向锁默认是有延迟的，在启动JVM的前4s中，不存在偏向锁，但是如果关闭了偏向锁延迟的设置，new出来的对象，就会添加一个匿名偏向锁。也就是说这个对象想找一个线程去增加偏向锁，但是没有找到，称之为匿名偏向。存储的线程ID为一堆0000，也没有任何地址信息。

我们可以通过以下配置关闭偏向锁延迟。

//关闭偏向锁延迟的指令
    -XX:BiasedLockingStartuoDelay=0
    复制代码

### 偏向锁 ###

当某一个线程来**获取这个锁资源**时，此时会成功获取到，就会**变为偏向锁**，偏向锁存储线程的ID。

当**偏向锁升级**时，会触发**偏向锁撤销**，偏向锁撤销需要等到一个**安全点**，比如GC的时候，偏向锁撤销的成本太高，所以默认开始时，会做偏向锁延迟。若是直接有多个线程竞争，会跳过偏向锁，直接变为轻量级锁。

> 细说一下偏向锁撤销的过程，成本为啥高呢？当一个线程拿到偏向锁之后，会把锁的对象头的`Mark Work`中的线程id指向自己，当又有一个线程来了进行争抢导致锁升级的的时候，会**暂停之前拿到偏向锁的线程**，然后**清空Mark Work中的线程id**，**增加一个轻量级锁**，然后再**恢复暂停的线程继续执行**。这也是为什么等到安全点再执行锁升级的原因，因为要暂停线程。

常见的安全点：

*  执行GC的时候
 *  方法返回之前
 *  调用某个方法之后
 *  抛出异常的位置
 *  一个循环的末尾

### 轻量级锁 ###

当在出现了多个线程的竞争，就会升级为**轻量级锁**，轻量级锁的效果就是**基于CAS尝试获取锁资源**，这里会用到**自适应自旋锁**，根据上次CAS成功与否，耗费的时间，决定这次自旋多少次。

轻量级锁适用于**竞争不是很激烈**的场景，一个线程拿到锁，执行同步代码块，很快就处理完了。再来一个线程尝试一两次也拿到了锁，再去执行，不会让一个线程等待很久。

### 重量级锁 ###

如果到了重量级锁，那就没啥说的了，如果有线程持有锁，其他**想拿锁的就挂起,等待锁释放后被依次唤醒**。

# 锁粗化&锁消除 #

### 锁粗化/锁膨胀 ###

锁膨胀是编译Java文件的时候，JIT帮我们做的优化，它会减少锁的获取和释放次数。 比如：

while(){
       synchronized(){
          // 多次的获取和释放，成本太高，会被优化为下面这种
       }
    }
    synchronized(){
       while(){
           //  拿到锁后执行循环，只加锁和释放一次
       }
    }
    复制代码

### 锁消除： ###

锁消除则是在一个加锁的同步代码块中，**没有任何共享资源**，也**不存在锁竞争的情况**，JIT编译时，就直接将锁的指令优化掉。 比如

synchronized(){
       int a = 1;
       a++;
       //操作局部变量的逻辑
    }