JUC并发编程 -- synchronized 原理进阶之轻量级锁 & 锁膨胀

Posted 2021-09-12 Z && Y

1. 轻量级锁

• 轻量级锁的使用场景：如果一个对象虽然有多线程要加锁，但加锁的时间是错开的（也就是没有竞争），那么可以使用轻量级锁来优化。
• 轻量级锁对使用者是透明的，即语法仍然是 synchronized(也就是在给对象加锁的时候，优先考虑使用轻量级锁去加锁，如果轻量级级锁加锁失败，才会考试使用重量级锁加锁）
• 轻量级锁不需要Monitor锁，只是用线程栈中的锁记录锁

假设有两个方法同步块，利用同一个对象加锁:

static final Object obj = new Object();
public static void method1() {
 synchronized( obj ) {
 // 同步块 A
 method2();
 }
}
public static void method2() {
 synchronized( obj ) {
 // 同步块 B
 }
}

加锁步骤:

1. 创建锁记录（Lock Record）对象，每个线程都的栈帧都会包含一个锁记录的结构，内部可以存储锁定对象的Mark Word。
   

2. 让锁记录中 Object reference 指向锁对象，并尝试用 cas 替换 Object 的 Mark Word，将 Mark Word 的值存入锁记录
   

3. 如果 cas 替换成功，对象头中存储了 锁记录地址和状态 00 ，表示由该线程给对象加锁，这时图示如下:
   

4. 如果 cas 失败，有两种情况:

   • 如果是其它线程已经持有了该 Object 的轻量级锁，这时表明有竞争，进入锁膨胀过程
   • 如果是自己执行了 synchronized 锁重入(当前线程再次给加锁状态的对象加锁)，那么再添加一条 Lock Record 作为重入的计数
     

5. 当退出 synchronized 代码块（解锁时）如果有取值为 null 的锁记录，表示有重入，这时重置锁记录，表示重入计数减一
   

6. 当退出 synchronized 代码块（解锁时）锁记录的值不为 null，这时使用 cas 将 Mark Word 的值恢复给对象头

   • 成功，则解锁成功
   • 失败，说明轻量级锁进行了锁膨胀或已经升级为重量级锁，进入重量级锁解锁流程

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2. 锁膨胀

如果在尝试加轻量级锁的过程中，CAS 操作无法成功，这时一种情况就是有其它线程为此对象加上了轻量级锁（有竞争），这时需要进行锁膨胀，将轻量级锁变为重量级锁。

演示代码:

static Object obj = new Object();
public static void method1() {
 synchronized( obj ) {
 // 同步块
 }
}

1. 当 Thread-1 进行轻量级加锁时，Thread-0 已经对该对象加了轻量级锁

2. 这时 Thread-1 加轻量级锁失败，进入锁膨胀流程:
   1. Object 对象申请 Monitor 锁，让 Object 指向重量级锁地址
   2. 然后自己进入 Monitor 的 EntryList BLOCKED
   3. 说明: 10表示重量级锁
      

3. 当 Thread-0 退出同步块解锁时，使用 cas 将 Mark Word 的值恢复给对象头，失败。这时会进入重量级解锁流程，即按照 Monitor 地址找到 Monitor 对象，设置 Owner 为 null，唤醒 EntryList 中 BLOCKED 线程。Monitor 概念(Java 对象头 & 原理之 Monitor(锁))

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