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以前我们在复习synchronized的时候,和lock一对比,总说它是一个重量级锁,性能很差,不如lock来的方便,但其实synchronized作为Java中元老级的关键字,很多jdk原始代码都有用到它,因此Java开发团队还是非常中意这个“私生子”的,所以为了给它减重,开发者也早在Java6就为synchronized专门设计了一套优化处理过程。
了解锁升级之前,必须先知道Java对象头,正式对象头记录的信息才实现了锁升级过程中的线程判断。
Java对象:
Java对象头:包含两部分:MarkWord 和 类型指针
MarkWord:Mark Word 用于存储对象自身的运行数据,如 HashCode、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID等等。
占用内存大小与虚拟机位长一致(32位JVM -> MarkWord是32位,64位JVM -> MarkWord是64位)
无锁状态 -> 偏向锁 -> 轻量级锁(自旋锁,自适应自旋) -> 重量级锁
状态 |
偏向锁位 |
标志位 |
存储内容 |
未锁定 |
0 |
01 |
对象哈希码、对象分代年龄 |
偏向锁 |
1 |
01 |
偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄 |
轻量级锁定 |
0 |
00 |
指向所上记录的指针 |
膨胀(重量级锁定) |
0 |
10 |
执行重量级锁定的指针 |
GC标记 |
0 |
11 |
空间(不需要记录信息) |
首先当处于无锁状态时,MarkWord中存储的是对象的hash code等信息,偏向锁为0,此时线程1进入,发现没有记录线程ID信息,则直接CAS操作将自己的线程ID设置进去,设置成功则获取到偏向锁,偏向锁标志为改为1;失败则要升级为轻量级锁;
线程1执行完后,将markWord中的线程ID设置为空,即释放偏向锁;
如果在线程1释放之前,此时线程2进入,先查markWord中记录的线程ID是否是自己的(这也是偏向锁适用的场景:经验表明,大多数情况下,都是同一个线程进入同一个同步代码块),若是,则获取锁成功;
不是,则说明已经偏向给了其他线程,即出现了线程竞争的情况,此时一般情况下,偏向锁是不可以重偏向的,所以需要升级,如果是可以重偏向的,则会尝试CAS操作替换markWord中的线程id,成功则偏向给线程2,失败则进行锁升级;
偏向锁在升级前,需要先将偏向锁撤销。
如果此时已经偏向给了某个线程,则需要根据markWord中记录的线程id查询该线程是否存活,不存活,则进入无锁状态,或者可重偏向状态,存活则撤销偏向锁,将锁对象的markWord复制到线程栈中,开始升级
出现两个及以上线程竞争时(已经偏向给了一个线程,此时又出现了另外一个线程竞争,即升级),开始升级为轻量级锁。
加锁时,线程会在自己的栈帧中创建一个Lock Record锁记录(会将对象原来的markWord内容复制过来,作为一个lockRecord,包含对象分代年龄等信息,而原来的markWord只会有一个指针),同时CAS将锁对象的markWord中替换为指向该lockRrecord的指针,操作成功则获取到轻量级锁;
线程执行完,解锁时,只需要移除栈帧中的lockRecord即可,而不用修改markWord中的内容。
设置失败,则证明有竞争,此时会进入自旋状态。
线程超过10次自旋, 或者自旋线程数超过CPU核数的一半,(JDK1.6之后,加入自适应自旋 Adapative Self Spinning , JVM自己控制)。就会升级为重量级锁。
升级重量级锁:
向操作系统申请资源,CPU从3级-0级系统调用,线程挂起,进入等待队列,等待操作系统的调度,然后再映射回用户空间
所以升级为重量级锁后,用户线程被系统线程挂起,需要从用户态到内核态的转换。这也是最开始说synchronized重,性能差的原因!
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