synchronized 锁升级/锁膨胀

偏向锁#

偏向第一个拿到锁的线程。

即第一个拿到锁的线程,锁会在对象头 Mark Word 中通过 CAS 记录该线程 ID,该线程以后每次拿锁时都不需要进行 CAS(指轻量级锁)。

如果该线程正在执行同步代码块时有其他线程在竞争(指其他线程尝试 CAS 让 Mark Word 设置自己的线程 ID),会被升级为轻量级锁。

如果其他线程发现 Mark Word 里记的不是自己,且发现原持有偏向锁的线程已经执行完同步代码块,会尝试 CAS 把 Mark Word 中的改为自己的线程 ID。

轻量级锁#

轻量级锁就是通过 CAS 进行加锁的。

JVM 会给线程的栈帧中创建一个叫锁记录 Lock Record 的空间,把对象头 Mark Word 复制到该空间里(Displaced Mark Word),并通过 CAS 尝试把原对象头 Mark Word 中锁记录指针指向该锁记录。如果成功,表示线程拿到了锁。如果失败,则进行自旋(自旋锁),自旋超过一定次数时升级为重量级锁,这时该线程会被内核挂起。

自旋锁#

轻量级锁膨胀为重量级锁前,线程在执行 monitorenter 指令进入等待队列时,会通过自旋去尝试获得锁。

如果自旋超过一定次数时还未拿到锁,就会进入阻塞状态,等待内核来调度。此时会发生内核态与用户态之间的上下文切换,所以会影响性能(引入自旋锁就是为了减少这个开销)。

因为后面的线程也先进行自旋尝试获取锁,所以这对于已被阻塞的那些线程来说,会不公平

重量级锁#

重量级锁就是通过内核来操作线程。因为频繁出现内核态与用户态的切换,会严重影响性能。

升级为重量级锁时会在堆中创建 monitor 对象,并将 Mark Word 指向该 monitor 对象。monitor 中有 cxq(ContentionList),EntryList ,WaitSet,owner:

图片来自:死磕Synchronized底层实现--重量级锁

锁升级的流程图#

图片来自:Java Synchronised机制

锁降级#

Hotspot 在 1.8 开始有了锁降级。在 STW 期间 JVM 进入安全点时如果发现有闲置的 monitor(重量级锁对象),会进行锁降级。

Java锁优化--JVM锁降级

为什么锁信息存放在对象头里?#

死磕Synchronized底层实现--概论 中:

因为在Java中任意对象都可以用作锁,因此必定要有一个映射关系,存储该对象以及其对应的锁信息(比如当前哪个线程持有锁,哪些线程在等待)。一种很直观的方法是,用一个全局map,来存储这个映射关系,但这样会有一些问题:需要对map做线程安全保障,不同的synchronized之间会相互影响,性能差;另外当同步对象较多时,该map可能会占用比较多的内存。

所以最好的办法是将这个映射关系存储在对象头中,因为对象头本身也有一些hashcode、GC相关的数据,所以如果能将锁信息与这些信息共存在对象头中就好了。

也就是说,如果用一个全局 map 来存对象的锁信息,还需要对该 map 做线程安全处理,不同的锁之间会有影响。所以直接存到对象头。

其他文章#

【死磕Java并发】—–深入分析synchronized的实现原理

【死磕 Java 并发】—– synchronized 的锁膨胀过程

【转载】Java中的锁机制 synchronized & 偏向锁 & 轻量级锁 & 重量级锁 & 各自优缺点及场景 & AtomicReference

死磕Synchronized底层实现--概论

posted @ 2020-07-27 21:29  后知、后觉  阅读(107)  评论(0编辑  收藏