Java锁synchronized关键字学习系列之轻量级锁

Posted 2021-06-29 c.

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java锁synchronized关键字学习系列之轻量级锁相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

- Java锁synchronized关键字学习系列之轻量级锁

Java锁synchronized关键字学习系列之轻量级锁

轻量级锁加锁原理

在代码访问同步资源时，如果锁对象处于无锁不可偏向状态，JVM首先将在当前线程的栈帧中创建一条锁记录（lock record），用于存放：

displaced mark word：存放锁对象当前的mark word的拷贝(为了解锁的时候恢复给锁对象，后面会说)
owner指针：指向当前的锁对象的指针，在拷贝mark word阶段暂时不会处理它

在这里插入图片描述

所以现在在栈帧中的lock record中的displaced mark word 存放的是锁对象处于无锁不可偏向状态的mark word的拷贝。

在拷贝mark word完成后，首先会挂起线程，jvm使用CAS操作尝试将对象的 mark word中的 lock record 指针指向栈帧中的锁记录。这里我们来回顾一下对象头在不同锁状态下的结构。

在这里插入图片描述

前面说到当前的锁对象是无锁不可偏向状态的，在拷贝完mark word之后，就会尝试把除了标示位以外空间用来存放栈帧中lock record的地址。

并且会将锁记录中的owner指针指向锁对象的mark word。如下：

在这里插入图片描述

如果CAS替换成功（说明当前锁对象的mark word跟栈帧中lock record中的displaced mark word是一样的），表示竞争锁对象成功，则将锁标志位设置成 00，并且现在 mark word中的 lock record 指针指向栈帧中的锁记录，表示对象处于轻量级锁状态，执行同步代码中的操作。
如果CAS替换失败（说明当前锁对象的mark word跟栈帧中lock record中的displaced mark word是不一样的），则判断当前对象的mark word是否指向当前线程的栈帧：
- 如果是则表示当前线程已经持有对象的锁，执行的是synchronized的锁重入过程，可以直接执行同步代码块
- 否则说明该其他线程已经持有了该对象的锁，如果在自旋一定次数后仍未获得锁，那么轻量级锁需要升级为重量级锁，将锁标志位变成10，后面等待的线程将会进入阻塞状态

在这里插入图片描述

上面这两张图都是参考别人的，参考链接在最下方。

轻量级锁释放锁原理

轻量级锁的释放同样使用了CAS操作，尝试将displaced mark word 替换回mark word（也就是把栈帧中lock record的displaced mark word 拷贝回锁对象的mark word），这时需要检查锁对象的mark word中lock record指针是否指向当前线程的锁记录：

如果替换成功（锁对象的mark word中的lock record指针指向当前线程栈帧的lock record），则表示没有竞争发生，整个同步过程就完成了
如果替换失败（锁对象的mark word中的lock record指针指向的不是当前线程栈帧的lock record），则表示当前锁资源存在竞争，有可能其他线程在这段时间里尝试过获取锁失败，导致自身被挂起，并修改了锁对象的mark word升级为重量级锁，最后在执行重量级锁的解锁流程后唤醒被挂起的线程

在这里插入图片描述

轻量级锁重入

synchronized是可以锁重入的，在轻量级锁的情况下重入也是依赖于栈上的lock record完成的。以下面的代码中3次锁重入为例：

synchronized (user){
    synchronized (user){
        synchronized (user){
            //TODO
        }
    }
}

轻量级锁的每次重入，都会在栈中生成一个lock record，但是保存的数据不同：

首次分配的lock record，displaced mark word复制了锁对象的mark word，owner指针指向锁对象。
之后重入时在栈中分配的lock record中的displaced mark word为null，只存储了指向对象的owner指针

在这里插入图片描述

轻量级锁中，重入的次数等于该锁对象在栈帧中lock record的数量，这个数量隐式地充当了锁重入机制的计数器。这里需要计数的原因是每次解锁都需要对应一次加锁，只有最后解锁次数等于加锁次数时，锁对象才会被真正释放。在释放锁的过程中，如果是重入则删除栈中的lock record，直到没有重入时则使用CAS替换锁对象的mark word。