17張圖帶你秒殺Synchronized關(guān)鍵字
寫(xiě)在前面
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引子
小艾和小牛在路上相遇，小艾一臉沮喪。
小牛：小艾小艾，發(fā)生甚么事了？
小艾：別提了，昨天有個(gè)面試官問(wèn)了我好幾個(gè)關(guān)于 synchronized 關(guān)鍵字的問(wèn)題，沒(méi)答上來(lái)。
小艾：我后來(lái)查了很多資料，有二十多頁(yè)的概念說(shuō)明，也有三十來(lái)頁(yè)的源碼剖析，看得我頭大。
小牛：你那看的是死知識(shí)，不好用，你得聽(tīng)我的總結(jié)。
小艾：看來(lái)是有備而來(lái)，那您給講講吧。
小牛：那咱們開(kāi)始！
synchronized關(guān)鍵字引入
我們知道，在多線程程序中往往會(huì)出現(xiàn)這么一個(gè)情況：多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)某個(gè)線程間的共享變量。來(lái)舉個(gè)例子吧：
假設(shè)銀行存款業(yè)務(wù)寫(xiě)了兩個(gè)方法，一個(gè)是存錢(qián) store() 方法 ，一個(gè)是查詢(xún)余額 get() 方法。假設(shè)初始客戶(hù)小明的賬戶(hù)余額為 0 元。（PS：這個(gè)例子只是個(gè) toy demo，為了方便大家理解寫(xiě)的，真實(shí)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景不會(huì)這樣。）
????//?account?客戶(hù)在銀行的存款?
????public?void?store(int?money){
????????int?newAccount=account+money;
????????account=newAccount;
????}
????public?void?get(){
????????System.out.print("小明的銀行賬戶(hù)余額：");
????????System.out.print(account);
????}
如果小明為自己存款 1 元，我們期望的線程調(diào)用情況如下：
- 首先會(huì)啟動(dòng)一個(gè)線程調(diào)用
store()方法，為客戶(hù)賬戶(hù)余額增加 1；- 再啟動(dòng)一個(gè)線程調(diào)用
get()方法，輸出客戶(hù)的新余額為 1。
但實(shí)際情況可能由于線程執(zhí)行的先后順序，出現(xiàn)如圖所示的錯(cuò)誤：
小明存錢(qián)流程
小明：咱家沒(méi)錢(qián)了小明會(huì)驚奇的以為自己的錢(qián)沒(méi)存上。這就是一個(gè)典型的由共享數(shù)據(jù)引發(fā)的并發(fā)數(shù)據(jù)沖突問(wèn)題。
解決方式也很簡(jiǎn)單，讓并發(fā)執(zhí)行會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題的代碼段不并發(fā)行了。
如果 store() 方法 執(zhí)行完，才能執(zhí)行 get() 方法，而不是像上圖一樣并發(fā)執(zhí)行，自然不會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題。那如何才能做到呢？
答案就是使用 synchronized 關(guān)鍵字。
我們先從直覺(jué)上思考一下，如果要實(shí)現(xiàn)先執(zhí)行 store() 方法，再執(zhí)行 get() 方法的話該怎么設(shè)計(jì)。
我們可以設(shè)置某個(gè)鎖，鎖會(huì)有兩種狀態(tài)，分別是上鎖和解鎖。在 store() 方法執(zhí)行之前，先觀察這個(gè)鎖的狀態(tài)，如果是上鎖狀態(tài)，就進(jìn)入阻塞，代碼不運(yùn)行；
如果這把鎖是解鎖狀態(tài)，那就先將這把鎖狀態(tài)變?yōu)樯湘i，之后接著運(yùn)行自己的代碼。運(yùn)行完成之后再將鎖狀態(tài)設(shè)置為解鎖。
對(duì)于 get() 方法也是如此。
Java 中的 synchronized 關(guān)鍵字就是基于這種思想設(shè)計(jì)的。在 synchronized 關(guān)鍵字中，鎖就是一個(gè)對(duì)象。
synchronized 一共有三種使用方法：
- 直接修飾某個(gè)實(shí)例方法。像上文代碼一樣，在這種情況下多線程并發(fā)訪問(wèn)實(shí)例方法時(shí)，如果其他線程調(diào)用同一個(gè)對(duì)象的被
synchronized修飾的方法，就會(huì)被阻塞。相當(dāng)于把鎖記錄在這個(gè)方法對(duì)應(yīng)的對(duì)象上。
????//?account?客戶(hù)在銀行的存款?
????public?synchronized?void?store(int?money){
????????int?newAccount=account+money;
????????account=newAccount;
????}
????public?synchronized?void?get(){
????????System.out.print("小明的銀行賬戶(hù)余額：");
????????System.out.print(account);
????}
- 直接修飾某個(gè)靜態(tài)方法。在這種情況下進(jìn)行多線程并發(fā)訪問(wèn)時(shí)，如果其他線程也是調(diào)用屬于同一類(lèi)的被
synchronized修飾的靜態(tài)方法，就會(huì)被阻塞。相當(dāng)于把鎖信息記錄在這個(gè)方法對(duì)應(yīng)的類(lèi)上。
????public?synchronized?static?void?get(){
????????···
????}
- 修飾代碼塊。如果此時(shí)有別的線程也想訪問(wèn)某個(gè)被
synchronized(對(duì)象0)修飾的同步代碼塊時(shí)，也會(huì)被阻塞。
????public?static?void?get(){
????????synchronized(對(duì)象0){
????????????···
????????}
????}
小艾問(wèn)：我看了不少參考書(shū)還有網(wǎng)上資料，都說(shuō) synchronized 的鎖是鎖在對(duì)象上的。關(guān)于這句話，你能深入講講嗎？
小牛回答道：別急，我先講講 Java 對(duì)象在內(nèi)存中的表示。
Java 對(duì)象在內(nèi)存中的表示
講清 synchronized 關(guān)鍵字的原理前需要理清 Java 對(duì)象在內(nèi)存中的表示方法。
Java 對(duì)象在內(nèi)存中的表示上圖就是一個(gè) Java 對(duì)象在內(nèi)存中的表示。我們可以看到，內(nèi)存中的對(duì)象一般由三部分組成，分別是對(duì)象頭、對(duì)象實(shí)際數(shù)據(jù)和對(duì)齊填充。
對(duì)象頭包含 Mark Word、Class Pointer和 Length 三部分。
- Mark Word 記錄了對(duì)象關(guān)于鎖的信息，垃圾回收信息等。
- Class Pointer 用于指向?qū)ο髮?duì)應(yīng)的 Class 對(duì)象（其對(duì)應(yīng)的元數(shù)據(jù)對(duì)象）的內(nèi)存地址。
- Length只適用于對(duì)象是數(shù)組時(shí)，它保存了該數(shù)組的長(zhǎng)度信息。
對(duì)象實(shí)際數(shù)據(jù)包括了對(duì)象的所有成員變量，其大小由各個(gè)成員變量的大小決定。
對(duì)齊填充表示最后一部分的填充字節(jié)位，這部分不包含有用信息。
我們剛才講的鎖 synchronized 鎖使用的就是對(duì)象頭的 Mark Word 字段中的一部分。
Mark Word 中的某些字段發(fā)生變化，就可以代表鎖不同的狀態(tài)。
由于鎖的信息是記錄在對(duì)象里的，有的開(kāi)發(fā)者也往往會(huì)說(shuō)鎖住對(duì)象這種表述。
無(wú)鎖狀態(tài)的 Mark Word
這里我們以無(wú)鎖狀態(tài)的 Mark Word 字段舉例：
如果當(dāng)前對(duì)象是無(wú)鎖狀態(tài)，對(duì)象的 Mark Word 如圖所示。
無(wú)鎖狀態(tài)的 Mark Word 字段我們可以看到，該對(duì)象頭的 Mark Word 字段分為四個(gè)部分：
- 對(duì)象的 hashCode ；
- 對(duì)象的分代年齡，這部分用于對(duì)對(duì)象的垃圾回收；
- 是否為偏向鎖位，1代表是，0代表不是；
- 鎖標(biāo)志位，這里是 01。
synchronized關(guān)鍵字的實(shí)現(xiàn)原理
講完了 Java 對(duì)象在內(nèi)存中的表示，我們下一步來(lái)講講 synchronized 關(guān)鍵字的實(shí)現(xiàn)原理。
從前文中我們可以看到， synchronized 關(guān)鍵字有兩種修飾方法
- 直接作為關(guān)鍵字修飾在方法上，將整個(gè)方法作為同步代碼塊：
????public?synchronized?static?void?`get()`{
????????···
????}
- 修飾在同步代碼塊上。
????public?static?void?`get()`{
????????synchronized(對(duì)象0){
????????????···
????????}
????}
針對(duì)這兩種情況，Java 編譯時(shí)的處理方法并不相同。
對(duì)于第一種情況，編譯器會(huì)為其自動(dòng)生成了一個(gè) ACC_SYNCHRONIZED 關(guān)鍵字用來(lái)標(biāo)識(shí)。
在 JVM 進(jìn)行方法調(diào)用時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)調(diào)用的方法被 ACC_SYNCHRONIZED 修飾，則會(huì)先嘗試獲得鎖。
對(duì)于第二種情況，編譯時(shí)在代碼塊開(kāi)始前生成對(duì)應(yīng)的1個(gè) monitorenter 指令，代表同步塊進(jìn)入。2個(gè) monitorexit 指令，代表同步塊退出。
這兩種方法底層都需要一個(gè) reference 類(lèi)型的參數(shù)，指明要鎖定和解鎖的對(duì)象。
如果 synchronized 明確指定了對(duì)象參數(shù)，那就是該對(duì)象。
如果沒(méi)有明確指定,那就根據(jù)修飾的方法是實(shí)例方法還是類(lèi)方法，取對(duì)應(yīng)的對(duì)象實(shí)例或類(lèi)對(duì)象（Java 中類(lèi)也是一種特殊的對(duì)象）作為鎖對(duì)象。
確定鎖定和解鎖的對(duì)象每個(gè)對(duì)象維護(hù)著一個(gè)記錄著被鎖次數(shù)的計(jì)數(shù)器。當(dāng)一個(gè)線程執(zhí)行 monitorenter，該計(jì)數(shù)器自增從 0 變?yōu)?1；
當(dāng)一個(gè)線程執(zhí)行 monitorexit，計(jì)數(shù)器再自減。當(dāng)計(jì)數(shù)器為 0 的時(shí)候，說(shuō)明對(duì)象的鎖已經(jīng)釋放。
小艾問(wèn)：為什么會(huì)有兩個(gè) monitorexit 指令呢？
小牛答：正常退出，得用一個(gè) monitorexit 吧，如果中間出現(xiàn)異常，鎖會(huì)一直無(wú)法釋放。所以編譯器會(huì)為同步代碼塊添加了一個(gè)隱式的 try-finally 異常處理，在 finally 中會(huì)調(diào)用 monitorexit 命令最終釋放鎖。
重量級(jí)鎖
小艾問(wèn)：那么問(wèn)題來(lái)了，之前你說(shuō)鎖的信息是記錄在對(duì)象的 Mark Word 中的，那現(xiàn)在冒出來(lái)的 monitor 又是什么呢？
小牛答：我們先來(lái)看一下重量級(jí)鎖對(duì)應(yīng)對(duì)象的 Mark Word。
在 Java 的早期版本中，synchronized 鎖屬于重量級(jí)鎖，此時(shí)對(duì)象的 Mark Word 如圖所示。
重量級(jí)鎖的 Mark Word 字段我們可以看到，該對(duì)象頭的 Mark Word 分為兩個(gè)部分。第一部分是指向重量級(jí)鎖的指針，第二部分是鎖標(biāo)記位。
而這里所說(shuō)的指向重量級(jí)鎖的指針就是 monitor。
英文詞典翻譯 monitor 是監(jiān)視器。Java 中每個(gè)對(duì)象會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)監(jiān)視器。
這個(gè)監(jiān)視器其實(shí)也就是監(jiān)控鎖有沒(méi)有釋放，釋放的話會(huì)通知下一個(gè)等待鎖的線程去獲取。
monitor 的成員變量比較多，我們可以這樣理解：
monitor結(jié)構(gòu)我們可以將 monitor 簡(jiǎn)單理解成兩部分，第一部分表示當(dāng)前占用鎖的線程，第二部分是等待這把鎖的線程隊(duì)列。
如果當(dāng)前占用鎖的線程把鎖釋放了，那就需要在線程隊(duì)列中喚醒下一個(gè)等待鎖的線程。
但是阻塞或喚醒一個(gè)線程需要依賴(lài)底層的操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，Java 的線程是映射到操作系統(tǒng)的原生線程之上的。
而操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線程之間的切換需要從用戶(hù)態(tài)轉(zhuǎn)換到核心態(tài)，這個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要花費(fèi)很多的處理器時(shí)間，甚至可能比用戶(hù)代碼執(zhí)行的時(shí)間還要長(zhǎng)。
由于這種效率太低，Java 后期做了改進(jìn)，我再來(lái)詳細(xì)講一講。
CAS算法
在講其他改進(jìn)之前，我們先來(lái)聊聊 CAS 算法。CAS 算法全稱(chēng)為 Compare And Swap。
顧名思義，該算法涉及到了兩個(gè)操作，比較（Compare）和交換（Swap）。
怎么理解這個(gè)操作呢？我們來(lái)看下圖：
CAS 算法我們知道，在對(duì)共享變量進(jìn)行多線程操作的時(shí)候，難免會(huì)出現(xiàn)線程安全問(wèn)題。
對(duì)該問(wèn)題的一種解決策略就是對(duì)該變量加鎖，保證該變量在某個(gè)時(shí)間段只能被一個(gè)線程操作。
但是這種方式的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)比較大。因此開(kāi)發(fā)人員提出了一種新的算法，就是大名鼎鼎的 CAS 算法。
CAS 算法的思路如下：
- 該算法認(rèn)為線程之間對(duì)變量的操作進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的情況比較少。
- 算法的核心是對(duì)當(dāng)前讀取變量值
E和內(nèi)存中的變量舊值V進(jìn)行比較。- 如果相等，就代表其他線程沒(méi)有對(duì)該變量進(jìn)行修改，就將變量值更新為新值
N。- 如果不等，就認(rèn)為在讀取值
E到比較階段，有其他線程對(duì)變量進(jìn)行過(guò)修改，不進(jìn)行任何操作。
當(dāng)線程運(yùn)行 CAS 算法時(shí)，該運(yùn)行過(guò)程是原子操作，原子操作的含義就是線程開(kāi)始跑這個(gè)函數(shù)后，運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)被別的程序打斷。
我們來(lái)看看實(shí)際上 Java 語(yǔ)言中如何使用這個(gè) CAS 算法，這里我們以 AtomicInteger 類(lèi)中的 compareAndSwapInt() 方法舉例：
public?final?native?boolean?compareAndSwapInt
(Object?var1,?long?var2,?int?var3,?int?var4)
可以看到，該函數(shù)原型接受四個(gè)參數(shù):
- 第一個(gè)參數(shù)是一個(gè)
AtomicInteger對(duì)象。- 第二個(gè)參數(shù)是該
AtomicInteger對(duì)象對(duì)應(yīng)的成員變量在內(nèi)存中的地址。- 第三個(gè)參數(shù)是上圖中說(shuō)的線程之前讀取的值
P。- 第四個(gè)參數(shù)是上圖中說(shuō)的線程計(jì)算的新值
V。
偏向鎖
JDK 1.6 中提出了偏向鎖的概念。該鎖提出的原因是，開(kāi)發(fā)者發(fā)現(xiàn)多數(shù)情況下鎖并不存在競(jìng)爭(zhēng)，一把鎖往往是由同一個(gè)線程獲得的。
如果是這種情況，不斷的加鎖解鎖是沒(méi)有必要的。
那么能不能讓 JVM 直接負(fù)責(zé)在這種情況下加解鎖的事情，不讓操作系統(tǒng)插手呢？
因此開(kāi)發(fā)者設(shè)計(jì)了偏向鎖。偏向鎖在獲取資源的時(shí)候，會(huì)在資源對(duì)象上記錄該對(duì)象是否偏向該線程。
偏向鎖并不會(huì)主動(dòng)釋放，這樣每次偏向鎖進(jìn)入的時(shí)候都會(huì)判斷該資源是否是偏向自己的，如果是偏向自己的則不需要進(jìn)行額外的操作，直接可以進(jìn)入同步操作。
下圖表示偏向鎖的 Mark Word結(jié)構(gòu):
偏向鎖的 Mark Word 字段可以看到，偏向鎖對(duì)應(yīng)的 Mark Word 包含該偏向鎖對(duì)應(yīng)的線程 ID、偏向鎖的時(shí)間戳和對(duì)象分代年齡。
偏向鎖的申請(qǐng)流程
我們?cè)賮?lái)看一下偏向鎖的申請(qǐng)流程：
- 首先需要判斷對(duì)象的 Mark Word 是否屬于偏向模式，如果不屬于，那就進(jìn)入輕量級(jí)鎖判斷邏輯。否則繼續(xù)下一步判斷；
- 判斷目前請(qǐng)求鎖的線程 ID 是否和偏向鎖本身記錄的線程 ID 一致。如果一致，繼續(xù)下一步的判斷，如果不一致，跳轉(zhuǎn)到步驟4；
- 判斷是否需要重偏向，重偏向邏輯在后面一節(jié)批量重偏向和批量撤銷(xiāo)會(huì)說(shuō)明。如果不用的話，直接獲得偏向鎖；
- 利用 CAS 算法將對(duì)象的 Mark Word 進(jìn)行更改，使線程 ID 部分換成本線程 ID。如果更換成功，則重偏向完成，獲得偏向鎖。如果失敗，則說(shuō)明有多線程競(jìng)爭(zhēng)，升級(jí)為輕量級(jí)鎖。
偏向鎖的申請(qǐng)流程值得注意的是，在執(zhí)行完同步代碼后，線程不會(huì)主動(dòng)去修改對(duì)象的 Mark Word，讓它重回?zé)o鎖狀態(tài)。
所以一般執(zhí)行完 synchronized 語(yǔ)句后，如果是偏向鎖的狀態(tài)的話，線程對(duì)鎖的釋放操作可能是什么都不做。
匿名偏向鎖
在 JVM 開(kāi)啟偏向鎖模式下，如果一個(gè)對(duì)象被新建，在四秒后，該對(duì)象的對(duì)象頭就會(huì)被置為偏向鎖。
一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)一個(gè)線程獲取了一把偏向鎖時(shí)，會(huì)在對(duì)象頭和棧幀中的鎖記錄里不僅說(shuō)明目前是偏向鎖狀態(tài)，也會(huì)存儲(chǔ)鎖偏向的線程 ID。
在 JVM 四秒自動(dòng)創(chuàng)建偏向鎖的情況下，線程 ID 為0。
由于這種情況下的偏向鎖不是由某個(gè)線程求得生成的，這種情況下的偏向鎖也稱(chēng)為匿名偏向鎖。
批量重偏向和批量撤銷(xiāo)
在生產(chǎn)者消費(fèi)者模式下，生產(chǎn)者線程負(fù)責(zé)對(duì)象的創(chuàng)建，消費(fèi)者線程負(fù)責(zé)對(duì)生產(chǎn)出來(lái)的對(duì)象進(jìn)行使用。
當(dāng)生產(chǎn)者線程創(chuàng)建了大量對(duì)象并執(zhí)行加偏向鎖的同步操作，消費(fèi)者對(duì)對(duì)象使用之后，會(huì)產(chǎn)生大量偏向鎖執(zhí)行和偏向鎖撤銷(xiāo)的問(wèn)題。
大量偏向鎖執(zhí)行和偏向鎖撤銷(xiāo)的問(wèn)題Russell K和 Detlefs D在他們的文章提出了批量重偏向和批量撤銷(xiāo)的過(guò)程。
在上圖情景下，他們探討了能不能直接將偏向的線程換成消費(fèi)者的線程。
替換不是一件容易事，需要在 JVM 的眾多線程中找到類(lèi)似上文情景的線程。
他們最后提出的解決方法是：
以類(lèi)為單位，為每個(gè)類(lèi)維護(hù)一個(gè)偏向鎖撤銷(xiāo)計(jì)數(shù)器，每一次該類(lèi)的對(duì)象發(fā)生偏向撤銷(xiāo)操作時(shí)，該計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù) +1，當(dāng)這個(gè)計(jì)數(shù)值達(dá)到重偏向閾值時(shí)，JVM 就認(rèn)為該類(lèi)可能不適合正常邏輯，適合批量重偏向邏輯。這就是對(duì)應(yīng)上圖流程圖里的是否需要重偏向過(guò)程。
以生產(chǎn)者消費(fèi)者為例，生產(chǎn)者生產(chǎn)同一類(lèi)型的對(duì)象給消費(fèi)者，然后消費(fèi)者對(duì)這些對(duì)象都需要執(zhí)行偏向鎖撤銷(xiāo)，當(dāng)撤銷(xiāo)過(guò)程過(guò)多時(shí)就會(huì)觸發(fā)上文規(guī)則，JVM 就注意到這個(gè)類(lèi)了。
批量重偏向和批量撤銷(xiāo)具體規(guī)則是：
- 每個(gè)類(lèi)對(duì)象會(huì)有一個(gè)對(duì)應(yīng)的
epoch字段，每個(gè)處于偏向鎖狀態(tài)對(duì)象的 Mark Word 中也有該字段，其初始值為創(chuàng)建該對(duì)象時(shí)，類(lèi)對(duì)象中的epoch的值。 - 每次發(fā)生批量重偏向時(shí)，就將類(lèi)對(duì)象的
epoch字段 +1，得到新的值epoch_new。 - 遍歷 JVM 中所有線程的棧，找到該類(lèi)對(duì)象，將其
epoch字段改為新值。根據(jù)線程棧的信息判斷出該線程是否鎖定了該對(duì)象，將現(xiàn)在偏向鎖還在被使用的對(duì)象賦新值epoch_new。 - 下次有線程想獲得鎖時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前對(duì)象的
epoch值和類(lèi)的epoch不相等，不會(huì)執(zhí)行撤銷(xiāo)操作，而是直接通過(guò) CAS 操作將其 Mark Word 的 Thread ID 改成當(dāng)前線程 ID。
批量撤銷(xiāo)相對(duì)于批量重偏向好理解得多，JVM 也會(huì)統(tǒng)計(jì)重偏向的次數(shù)。
假設(shè)該類(lèi)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)繼續(xù)增加，當(dāng)其達(dá)到批量撤銷(xiāo)的閾值后（默認(rèn)40），JVM 就認(rèn)為該類(lèi)的使用場(chǎng)景存在多線程競(jìng)爭(zhēng)，會(huì)標(biāo)記該類(lèi)為不可偏向，之后對(duì)于該類(lèi)的鎖升級(jí)為輕量級(jí)鎖。
輕量級(jí)鎖
輕量級(jí)鎖的設(shè)計(jì)初衷在于并發(fā)程序開(kāi)發(fā)者的經(jīng)驗(yàn)“對(duì)于絕大部分的鎖，在整個(gè)同步周期內(nèi)都是不存在競(jìng)爭(zhēng)的”。
所以它的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)也在線程競(jìng)爭(zhēng)情況較少的情況下。我們先來(lái)看一下輕量級(jí)鎖的 Mark Word 布局。
如果當(dāng)前對(duì)象是輕量級(jí)鎖狀態(tài)，對(duì)象的 Mark Word 如下圖所示。
輕量級(jí)鎖 Mark Word 字段我們可以看到，該對(duì)象頭Mark Word分為兩個(gè)部分。第一部分是指向棧中的鎖記錄的指針，第二部分是鎖標(biāo)記位，針對(duì)輕量級(jí)鎖該標(biāo)記位為 00。
小艾問(wèn)：那這指向棧中的鎖記錄的指針是什么意思呢？
小牛答：這得結(jié)合輕量級(jí)鎖的上鎖步驟來(lái)慢慢講。
如果當(dāng)前這個(gè)對(duì)象的鎖標(biāo)志位為 01（即無(wú)鎖狀態(tài)或者輕量級(jí)鎖狀態(tài)），線程在執(zhí)行同步塊之前，JVM 會(huì)先在當(dāng)前的線程的棧幀中創(chuàng)建一個(gè) Lock Record，包括一個(gè)用于存儲(chǔ)對(duì)象頭中的 Mark Word 以及一個(gè)指向?qū)ο蟮闹羔槨?/p>
Lock Record
然后 JVM 會(huì)利用 CAS 算法對(duì)這個(gè)對(duì)象的 Mark Word 進(jìn)行修改。如果修改成功，那該線程就擁有了這個(gè)對(duì)象的鎖。我們來(lái)看一下如果上圖的線程執(zhí)行 CAS 算法成功的結(jié)果。
執(zhí)行 CAS 算法當(dāng)然 CAS 也會(huì)有失敗的情況。如果 CAS 失敗，那就說(shuō)明同時(shí)執(zhí)行 CAS 操作的線程可不止一個(gè)了, Mark Word 也做了更改。
首先虛擬機(jī)會(huì)檢查對(duì)象的 Mark Word 字段指向棧中的鎖記錄的指針是否指向當(dāng)前線程的棧幀。如果是，那就說(shuō)明可能出現(xiàn)了類(lèi)似 synchronized 中套 synchronized 情況：
synchronized?(對(duì)象0)?{
????synchronized?(對(duì)象0)?{
????????···
????}
}
當(dāng)然這種情況下當(dāng)前線程已經(jīng)擁有這個(gè)對(duì)象的鎖，可以直接進(jìn)入同步代碼塊執(zhí)行。
否則說(shuō)明鎖被其他線程搶占了，該鎖還需要升級(jí)為重量級(jí)鎖。
和偏向鎖不同的是，執(zhí)行完同步代碼塊后，需要執(zhí)行輕量級(jí)鎖的解鎖過(guò)程。解鎖過(guò)程如下：
通過(guò) CAS 操作嘗試把線程棧幀中復(fù)制的 Mark Word 對(duì)象替換當(dāng)前對(duì)象的 Mark Word。
如果 CAS 算法成功，整個(gè)同步過(guò)程就完成了。
如果 CAS 算法失敗，則說(shuō)明存在競(jìng)爭(zhēng)，鎖升級(jí)為重量級(jí)鎖。
我們來(lái)總結(jié)一下輕量級(jí)鎖升級(jí)過(guò)程吧：
輕量級(jí)鎖的升級(jí)過(guò)程總結(jié)
這次我們了解了 synchronized 底層實(shí)現(xiàn)原理和對(duì)應(yīng)的鎖升級(jí)過(guò)程。最后我們?cè)偻ㄟ^(guò)這張流程圖來(lái)回顧一下 synchronized 鎖升級(jí)過(guò)程吧。
鎖申請(qǐng)完整流程參考
實(shí)現(xiàn)Java虛擬機(jī)：JVM故障診斷與性能優(yōu)化
深入理解java虛擬機(jī) JVM高級(jí)特性與最佳實(shí)踐
Russell K , Detlefs D . Eliminating synchronization-related atomic operations with biased locking and bulk rebiasing[C]// Acm Sigplan Conference on Object-oriented Programming Systems. ACM, 2006.
Dice D , Moir M S , Scherer Iii W N . Quickly reacquirable locks: US 2010.
https://github.com/farmerjohngit/myblog/issues/12
https://www.itqiankun.com/article/bias-lightweight-synchronized-lock
https://www.itqiankun.com/article/bias-lock-epoch-effect
https://www.hollischuang.com/archives/1883
http://www.ideabuffer.cn/2017/05/06/Java%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E5%86%85%E5%AD%98%E5%B8%83%E5%B1%80/
http://www.ideabuffer.cn/2017/04/21/java-%E4%B8%AD%E7%9A%84%E9%94%81-%E5%81%8F%E5%90%91%E9%94%81%E3%80%81%E8%BD%BB%E9%87%8F%E7%BA%A7%E9%94%81%E3%80%81%E8%87%AA%E6%97%8B%E9%94%81%E3%80%81%E9%87%8D%E9%87%8F%E7%BA%A7%E9%94%81/
https://blog.csdn.net/zhao_miao/article/details/84500771
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