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Java鎖升級的實(shí)現(xiàn)過程

更新時間：2020年05月17日 11:43:36 作者：zycxnanwang

這篇文章主要介紹了Java鎖升級的實(shí)現(xiàn)過程，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

對象內(nèi)存布局

Java對象在內(nèi)存中存儲的布局可以分為3塊區(qū)域: 對象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)、對齊填充。

對象頭,分為兩個部分,第一個部分存儲對象自身的運(yùn)行時數(shù)據(jù)，又稱為Mark Word,32位虛擬機(jī)占32bit，64位虛擬機(jī)占64bit。如圖所示，不同鎖狀態(tài)下，Mark Word的結(jié)構(gòu)，理解下面要介紹的各種鎖，和鎖升級過程，都需要先充分了解Mark Word的結(jié)構(gòu)。

第二部分是類型指針，指向類元數(shù)據(jù)指針，虛擬機(jī)通過此指針，確定該對象屬于那個類的實(shí)例。

輕量級鎖

輕量級鎖是相對于重量級鎖(Synchrnoized)而言的，本意是在沒有多線程競爭的前提下，減少傳統(tǒng)的重量級鎖使用操作系統(tǒng)互斥量產(chǎn)生的性能消耗。

輕量級鎖的獲取

線程進(jìn)入同步塊時，如果此同步對象沒有被鎖定(即鎖標(biāo)志位為01,是否為偏向鎖為0)，虛擬機(jī)在當(dāng)前線程的棧幀中建立一個名為鎖記錄(Lock Record)的空間，用于存儲鎖對象目前的一個Mark Word的copy

然后虛擬機(jī)使用CAS操作，嘗試將Mark World更新為指向Lock Record的指針，如果更新成功，那么線程擁有了該對象的鎖，并且將鎖標(biāo)志位置位00，如圖所示

一旦有兩條以上的線程搶占該鎖，輕量級鎖會升級為重量級鎖。鎖標(biāo)志位置為10,Mark Word存儲的就是指向重量級鎖的指針

輕量級鎖釋

放如果對象的Mark Word仍然指向著線程的鎖記錄，那就用CAS操作把對象當(dāng)前的Mark Word和線程中復(fù)制的Displaced Mark Word替換回來，如果替換成功，整個同步過程就完成了。
如果替換失敗，說明有其他線程嘗試過獲取該鎖，輕量級鎖膨脹為重量級鎖,那就要在釋放鎖的同時，喚醒被掛起的線程。

偏向鎖

引入偏向鎖的目的是在沒有多線程競爭的前提下，進(jìn)一步減少線程同步的性能消耗。

偏向鎖的獲取

開啟偏向鎖模式后，鎖第一次被線程獲取的時候，虛擬機(jī)會把對象頭中是否為偏向鎖的標(biāo)志位設(shè)位0,同時使用CAS操作把獲取到這個鎖的線程的ID記錄在對象的Mark Word之中。

當(dāng)有另外一個線程去嘗試獲取這個鎖時，偏向模式就宣告結(jié)束。根據(jù)鎖對象目前是否處于被鎖定的狀態(tài), 撤銷偏向（ Revoke Bias）后恢復(fù)到未鎖定（標(biāo)志位為“01”）或輕量級鎖定（標(biāo)志位為“00”）的狀態(tài)

偏向鎖的釋放

偏向鎖，并沒有顯式的鎖釋放過程，主要依靠鎖的批量再偏向（Bulk Rebias）機(jī)制實(shí)現(xiàn)鎖釋放。

該機(jī)制的主要工作原理如下：

引入一個概念 epoch, 其本質(zhì)是一個時間戳，代表了偏向鎖的有效性，從前文描述的對象頭結(jié)構(gòu)中可以看到， epoch 存儲在可偏向?qū)ο蟮?MarkWord 中。
除了對象中的 epoch, 對象所屬的類 class 信息中，也會保存一個 epoch 值，每當(dāng)遇到一個全局安全點(diǎn)時，如果要對 class 進(jìn)行批量再偏向，則首先對 class 中保存的 epoch 進(jìn)行增加操作，得到一個新的 epoch_new
然后掃描所有持有 class 實(shí)例的線程棧，根據(jù)線程棧的信息判斷出該線程是否鎖定了該對象，僅將epoch_new 的值賦給被鎖定的對象中。
退出安全點(diǎn)后，當(dāng)有線程需要嘗試獲取偏向鎖時，直接檢查 class中存儲的 epoch 值是否與目標(biāo)對象中存儲的 epoch 值相等，如果不相等，則說明該對象的偏向鎖已經(jīng)無效了，可以嘗試對此對象重新進(jìn)行偏向操作。

整個鎖升級過程