Synchronized 锁升级过程

Posted 2022-03-17 lisin-lee-cooper

一.Synchronized作用

修饰静态方法：锁住当前 class，作用于该 class 的所有实例
修饰非静态方法：只会锁住当前 class 的实例
修饰代码块：该方法接受一个对象作为参数，锁住的即该对象

二.Java对象结构

2.1对象头
mark Word：主要用于存储自身运行时数据，主要表示当前Java对象的线程锁状态（无锁，偏向锁，轻量级锁，重量级锁）以及GC的标志；
Class Pointer：是指针，指向方法区中该 class 的对象，JVM 通过此字段来判断当前对象是哪个类的实例；
数组长度：当且仅当对象是数组时才会有该字段；

2.2对象体：包含了当前对象的字段和值

2.3对其字节：用于填充的字节，其目的是为了保证对象所占用的内存大小为 8 的倍数

三.锁升级过程

3.1无锁
当线程运行，没有其他线程来竞争。锁的标志位为01

3.2 偏向锁
一直只被线程A访问，没有其他线程来竞争，标志位为01， biased_lock标志来区分，1 为启用偏向锁

3.3 轻量级锁
一旦有第二个线程参与竞争，立即膨胀为轻量级锁，企图抢占的线程一开始会使用自旋的方式尝试获取锁，1.7是普通自旋，设定一个最大的自旋次数，默认是10 ，1.7之后是自适应自旋，自旋获取到锁，则自旋的次数则会增加，自旋获取不到锁次数则会减少；

3.4 重量级锁
自旋达到阈值后无法获取到锁，则会膨胀为重量级锁，其他竞争的线程此时不会自旋而是直接阻塞等待，Mark Word中的内容会变成一个监视器对象，管理排队的线程。

monitor 对象本质上是一个同步机制，保证了同时只有一个线程能够进入临界区，在 HotSpot 的虚拟机中，是由 C++ 类 ObjectMonitor 实现的。

ObjectMonitor的属性：

ContentionQueue：是个队列，所有竞争锁的线程都会先进入这个队列中，可以理解为线程的统一入口，进入的线程会阻塞。
EntryList：ContentionQueue 中有资格的线程会被移动到这里，相当于进行一轮初筛，进入的线程会阻塞。
Owner：拥有当前 monitor 对象的线程，即 —— 持有锁的那个线程。
OnDeck：与 Owner 线程进行竞争的线程，同一时刻只会有一个 OnDeck 线程在竞争。
WaitSet：当 Owner 线程调用 wait() 方法被阻塞之后，会被放到这里。当其被唤醒之后，会重新进入 EntryList 当中，这个集合的线程都会阻塞。
Count：用于实现可重入锁，synchronized 是可重入的。

3.5锁升级过程

线程A进入synchronized开始抢锁，JVM判断当前是否是偏向锁状态，根据Mark Word中的owner 线程的Id来判断。如是是直接进入临界区内执行代码；

如果不是，则通过自旋尝试获取锁，如果获取到了则将Mark Word中的线程Id改为自己的，如果自旋失败，则膨胀为轻量级锁，自旋达到阈值还未成功则升级为重量级锁

后续的竞争线程通过自旋来尝试获取锁，自旋成功那么锁的状态仍然是轻量级锁，如果竞争失败，锁会膨胀为重量级锁，后续等待的线程都会被阻塞。