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Java?synchronized輕量級(jí)鎖實(shí)現(xiàn)過程淺析

更新時(shí)間：2023年02月11日 16:21:04 作者：每天都要進(jìn)步一點(diǎn)點(diǎn)

這篇文章主要介紹了Java synchronized輕量級(jí)鎖實(shí)現(xiàn)過程，synchronized是Java里的一個(gè)關(guān)鍵字,起到的一個(gè)效果是"監(jiān)視器鎖",它的功能就是保證操作的原子性,同時(shí)禁止指令重排序和保證內(nèi)存的可見性

一、什么是輕量級(jí)鎖

輕量級(jí)鎖是JDK 6之中加入的新型鎖機(jī)制，它名字中的“輕量級(jí)”是相對(duì)于使用monitor的傳統(tǒng)鎖而言的。輕量級(jí)鎖指的是存在多線程競(jìng)爭，但是任意時(shí)刻最多只允許一個(gè)線程競(jìng)爭獲得鎖，即不存在鎖競(jìng)爭太過激烈的情況，輕量級(jí)鎖情況下，線程不會(huì)發(fā)生阻塞。

二、為什么引入輕量級(jí)鎖

輕量級(jí)鎖考慮的是競(jìng)爭鎖對(duì)象的線程不多，而且線程持有鎖的時(shí)間也不長的場(chǎng)景。因?yàn)樽枞€程需要CPU從用戶態(tài)轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài)，代價(jià)比較大，如果剛剛阻塞不久這個(gè)鎖就被釋放了，那這個(gè)代價(jià)就有點(diǎn)得不償失了，因此這個(gè)時(shí)候就干脆不阻塞這個(gè)線程，讓它自旋這等待鎖的釋放。

三、輕量級(jí)鎖的升級(jí)時(shí)機(jī)

主要有兩個(gè)：

1)、關(guān)閉偏向鎖功能

使用 -XX:-UseBiasedLocking參數(shù)關(guān)閉偏向鎖，此時(shí)默認(rèn)進(jìn)入輕量級(jí)鎖；

2)、多個(gè)線程競(jìng)爭偏向鎖

偏向鎖狀態(tài)下，由于別的線程嘗試競(jìng)爭偏向鎖，并且CAS更新MarkWord中線程ID失敗，此時(shí)發(fā)生【偏向鎖 -> 輕量級(jí)鎖】升級(jí)；

舉個(gè)例子：

1、線程A先獲取到鎖對(duì)象，線程B又過來嘗試競(jìng)爭這個(gè)鎖，此時(shí)該鎖已是偏向鎖偏向線程A了；

2、線程B嘗試執(zhí)行CAS去替換鎖對(duì)象MarkWord中線程ID，看下能不能獲取到鎖；

3、如果線程B的CAS成功了，說明此時(shí)線程A執(zhí)行完了同步塊代碼，這個(gè)時(shí)候線程B會(huì)直接替換鎖對(duì)象MarkWord中線程ID為自己的線程ID，該鎖不會(huì)發(fā)生升級(jí)，還是處于偏向鎖狀態(tài)；

4、如果線程B的CAS失敗了，說明線程A還沒執(zhí)行完同步塊代碼，這個(gè)時(shí)候，偏向鎖就會(huì)升級(jí)為輕量級(jí)鎖（偏向鎖標(biāo)識(shí)置為0，同步鎖標(biāo)識(shí)置為00），這個(gè)輕量級(jí)鎖由原來持有偏向鎖的線程A持有，繼續(xù)執(zhí)行同步代碼，此時(shí)正在競(jìng)爭的線程B會(huì)進(jìn)入CAS自旋等待獲取這個(gè)輕量級(jí)鎖；

四、輕量級(jí)鎖的演示

前面我們了解到，當(dāng)關(guān)閉偏向鎖功能的時(shí)候，默認(rèn)獲取的是輕量級(jí)鎖。所以我們這里添加運(yùn)行時(shí)參數(shù) -XX:-UseBiasedLocking參數(shù)禁用偏向鎖。

public class LightweightLockDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 關(guān)閉偏向鎖，默認(rèn)進(jìn)入輕量級(jí)鎖
        Object objLock = new Object();
        new Thread(() -> {
            synchronized (objLock) {
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(objLock).toPrintable());
            }
        }, "t1").start();
    }
}

可以看到，對(duì)象頭最后三位為“000”，表示當(dāng)前獲取的是一把輕量級(jí)鎖。

五、輕量級(jí)鎖的原理

輕量級(jí)鎖的加鎖

1)、JVM會(huì)在當(dāng)前線程的棧幀中建立一個(gè)名為鎖記錄（Lock Record）的空間，用于存儲(chǔ)鎖對(duì)象目前的Mark Word的拷貝（官方稱為Displaced Mark Word）。若一個(gè)線程獲得鎖時(shí)發(fā)現(xiàn)是輕量級(jí)鎖，它會(huì)將對(duì)象的Mark Word復(fù)制到棧幀中的鎖記錄Lock Record中（Displaced Mark Word里面）；

2)、線程嘗試?yán)肅AS操作將對(duì)象的Mark Word更新為指向Lock Record的指針，如果成功表示當(dāng)前線程競(jìng)爭到鎖，則將鎖標(biāo)志位變成00，執(zhí)行同步操作；

3)、如果失敗，表示MarkWord已經(jīng)被替換成了其他線程的鎖記錄，說明在與其他線程搶占競(jìng)爭鎖，當(dāng)前線程就嘗試使用自旋來獲取鎖；

注意，JVM采用的是自適應(yīng)自旋，也就是說，自適應(yīng)意味著自旋的次數(shù)不是固定不變的，JVM會(huì)根據(jù)同一個(gè)鎖上一次自旋的時(shí)間以及擁有鎖線程的狀態(tài)來決定到底需要自旋多少次。JVM針對(duì)那些很少會(huì)自旋成功的線程，那么下次會(huì)減少自旋的次數(shù)甚至壓根不自旋，避免CPU空轉(zhuǎn)。

輕量級(jí)鎖的釋放

輕量級(jí)鎖的釋放也是通過CAS操作來進(jìn)行的，當(dāng)前線程使用CAS操作將Displaced Mark Word的內(nèi)存復(fù)制回鎖對(duì)象的MarkWord中，如果CAS操作替換成功，則說明釋放鎖成功；如果CAS自旋多次還是替換失敗的話，說明有其他線程嘗試獲取該鎖，則需要將輕量級(jí)鎖膨脹升級(jí)為重量級(jí)鎖；

六、輕量級(jí)鎖升級(jí)為重量級(jí)鎖的流程

七、輕量級(jí)鎖的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

在多線程交替執(zhí)行同步塊的情況下，可以避免重量級(jí)鎖引起的性能消耗；

缺點(diǎn)

如果長時(shí)間自旋后還沒競(jìng)爭到鎖，將會(huì)過度耗費(fèi)CPU，即CPU空轉(zhuǎn)；

到此這篇關(guān)于Java synchronized輕量級(jí)鎖實(shí)現(xiàn)過程淺析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java synchronized 內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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