Java偏向锁实现原理(Biased Locking)

Posted 2020-09-13

阅读本文的读者，需要对Java轻量级锁有一定的了解，知道lock record, mark word之类的名词。可以参考我的一篇博文：Java轻量级锁原理详解（Lightweight Locking）

Java偏向锁(Biased Locking)是Java6引入的一项多线程优化。它通过消除资源无竞争情况下的同步原语，进一步提高了程序的运行性能。

轻量级锁也是一种多线程优化，它与偏向锁的区别在于，轻量级锁是通过CAS来避免进入开销较大的互斥操作，而偏向锁是在无竞争场景下完全消除同步，连CAS也不执行（CAS本身仍旧是一种操作系统同步原语，始终要在JVM与OS之间来回，有一定的开销）。

所谓的无竞争场景，举个例子，就是单线程访问带同步的资源或方法。

 

偏向锁实现原理

偏向锁，顾名思义，它会偏向于第一个访问锁的线程，如果在接下来的运行过程中，该锁没有被其他的线程访问，则持有偏向锁的线程将永远不需要触发同步。
如果在运行过程中，遇到了其他线程抢占锁，则持有偏向锁的线程会被挂起，JVM会尝试消除它身上的偏向锁，将锁恢复到标准的轻量级锁。(偏向锁只能在单线程下起作用)

通过下图可以更直观的理解偏向锁：

这张图，省略了轻量级锁相关的几处步骤，将关注点更多地聚焦在偏向锁的状态变化上。
偏向模式和非偏向模式，在下面的mark word表中，主要体现在thread ID字段是否为空。

挂起持有偏向锁的线程，这步操作类似GC的pause，但不同之处是，它只挂起持有偏向锁的线程（非当前线程）。

在抢占模式的橙色区域说明中有提到，指向当前堆栈中最近的一个lock record（在轻量级锁原理一文有讲到，lock record是进入锁前会在stack上创建的一份内存空间）。
这里提到的最近的一个lock record，其实就是当前锁所在的stack frame上分配的lock record。
整个步骤是从偏向锁恢复到轻量级锁的过程。

偏向锁也会带来额外开销

在JDK6中，偏向锁是默认启用的。它提高了单线程访问同步资源的性能。
但试想一下，如果你的同步资源或代码一直都是多线程访问的，那么消除偏向锁这一步骤对你来说就是多余的。事实上，消除偏向锁的开销还是蛮大的。

所以在你非常熟悉自己的代码前提下，大可禁用偏向锁 -XX:-UseBiasedLocking 。