java synchronized中锁的升级过程

Posted 2022-02-24 QQ_851228082

synchronized 偏向锁、轻量级锁、重量级锁、自旋锁

对象头

java对象在jvm内存中分为对象头、对象体两部分，对象头中有些标记信息，称为标记字（mark word），mark word主要有对象hash值、gc年龄、锁标记、线程id

synchronized中锁的升级过程

对象刚创建时，没有锁，第一个线程来时，使用CAS（Compare And Swap）将当前线程id设置到对象头（Mark Word）中，第二次再获取锁时，不需要进行CAS，只比较一下对象头中的线程id是否与当前线程id相同，如果相同则获取锁，这就叫偏向锁；如果不相等，则检查持有锁线程的状态，如果持有锁线程已经消亡或者已经退出同步块，则撤销锁，重新偏向；如果原有线程还需要锁，则升级为轻量级锁，首先在持有锁的线程栈中创建锁记录，将对象头中的mark word复制到锁记录，对象头有指针指向锁记录，当前线程进入自旋，如果自旋超过一定次数或者有第三个线程参与锁竞争，则认为锁竞争激烈，锁膨胀为重量级锁；

• 偏向锁
  • 是假设没有线程竞争，偏向第一个获取锁的线程，对象会偏向上次获取到锁的线程。
• 自旋
  • 通常物理处理器都是多核，当线程1持有锁时，线程2尝试获取锁，通常我们认为线程同步块应该会很快结束，为了避免线程切换引起的性能开销，让线程2自旋（占用另外一个cpu空转，可以认为是while循环），这就是自旋；轻量级锁搭配自旋锁使用。
• 轻量级锁
  • 锁竞争不激烈，持有锁线程正常执行，当前线程自旋；
• 重量级锁
  • 适应锁竞争激烈情景，持有锁的线程正常执行，当前线程会阻塞挂起。

显而易见，偏向锁、轻量级锁是乐观锁；重量级锁是悲观锁；

引用知乎的一张图，图里锁升级的过程很清晰。

问题

轻量级锁轻量在哪里？重量级锁重量在哪里？
这个问题曾困扰了我很长时间，《深入理解 Java 虚拟机–JVM高级特性与最佳实践》说重量级锁通过互斥量实现，但我对互斥量不懂，其实互斥量只是手段，最终引起线程的切换，重就重在线程切换。
轻量级锁的轻量是相当于重量级锁而言的，那什么是重量级锁，重量级锁使用操作系统互斥量实现的，如果线程1持有重量级锁，线程2也想获得这把锁时，因为已经被持有，线程2会被挂起阻塞，这个线程1释放锁后，线程2再被唤醒，这个过程就涉及到线程的阻塞、唤醒，阻塞唤醒牵扯到内核态、用户态的切换，线程切换的成本是很大的，所以叫重量级锁；而轻量级锁不牵扯到线程切换，当线程2获取锁时，看到线程1已经持有锁，那么线程2会自旋（使用另外一个物理cpu执行while死循环），这个过程没有线程切换，所以是轻量级。