noble510520 阅读(38) 评论(0)

 java中每个对象都可作为锁,锁有四种级别,按照量级从轻到重分为:无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。每个对象一开始都是无锁的,随着线程间争夺锁,越激烈,锁的级别越高,并且锁只能升级不能降级。

一、java对象头

 锁的实现机制与java对象头息息相关,锁的所有信息,都记录在java的对象头中。用2字(32位JVM中1字=32bit=4baye)存储对象头,如果是数组类型使用3字存储(还需存储数组长度)。对象头中记录了hash值、GC年龄、锁的状态、线程拥有者、类元数据的指针。


二、偏向锁

 在实际应用运行过程中发现,“锁总是同一个线程持有,很少发生竞争”,也就是说锁总是被第一个占用他的线程拥有,这个线程就是锁的偏向线程。

 那么只需要在锁第一次被拥有的时候,记录下偏向线程ID。这样偏向线程就一直持有着锁,直到竞争发生才释放锁。以后每次同步,检查锁的偏向线程ID与当前线程ID是否一致,如果一致直接进入同步,退出同步也,无需每次加锁解锁都去CAS更新对象头,如果不一致意味着发生了竞争,锁已经不是总是偏向于同一个线程了,这时候需要锁膨胀为轻量级锁,才能保证线程间公平竞争锁。

1.加锁


偏向锁加锁发生在偏向线程第一次进入同步块时,CAS原子操作尝试更新对象的Mark Word(偏向锁标志位为"1",记录偏向线程的ID)。

2.撤销偏向锁

 当有另一个线程来竞争锁的时候,就不能再使用偏向锁了,要膨胀为轻量级锁。
竞争线程尝试CAS更新对象头失败,会等待到全局安全点(此时不会执行任何代码)撤销偏向锁。

三、轻量级锁

 轻量锁与偏向锁不同的是:

  1. 轻量级锁每次退出同步块都需要释放锁,而偏向锁是在竞争发生时才释放锁
  2. 每次进入退出同步块都需要CAS更新对象头
  3. 争夺轻量级锁失败时,自旋尝试抢占锁

 可以看到轻量锁适合在竞争情况下使用,其自旋锁可以保证响应速度快,但自旋操作会占用CPU,所以一些计算时间长的操作不适合使用轻量级锁。

1.加锁

 加锁过程和偏向锁加锁差不多,也是CAS修改对象头,只是修改的内容不同。

  1. 在MarkWord中保存当前线程的指针
  2. 修改锁标识位为“00”

采用CAS操作的原因是,不想在加锁解锁上再加同步

 如果对象处于无锁状态(偏向锁标志位为"0",锁标志位为"01"),会在线程的栈中开辟个锁记录空间(Lock Record),将Mark Word拷贝一份到Lock Record中,称为Displaced Mark Word,在Lock Record中保存对象头的指针(owner)。
接下来CAS更新MarkWord,将MarkWord指向当前线程,owner指向MarkWord,如果失败了,则意味着出现了另一个线程竞争锁,此时需要锁膨胀为轻量级锁。


2.解锁

 用CAS操作锁置为无锁状态(偏向锁位为"0",锁标识位为"01"),若CAS操作失败则是出现了竞争,锁已膨胀为重量级锁了,此时需要释放锁(持有重量级锁线程的指针位为"0",锁标识位为"10")并唤醒重量锁的线程。

3.膨胀为重量级锁

 当竞争线程尝试占用轻量级锁失败多次之后,轻量级锁就会膨胀为重量级锁,重量级线程指针指向竞争线程,竞争线程也会阻塞,等待轻量级线程释放锁后唤醒他。

三、重量级锁

 重量级锁的加锁、解锁过程和轻量级锁差不多,区别是:竞争失败后,线程阻塞,释放锁后,唤醒阻塞的线程,不使用自旋锁,不会那么消耗CPU,所以重量级锁适合用在同步块执行时间长的情况下。

四、参考

  1. 《Java并发编程的艺术》
  2. 《轻量级锁与偏向锁》
  3. 《Synchronized下的三种锁:偏向锁 轻量锁 重量锁 理解》
  4. 《JAVA锁的膨胀过程和优化》