synchronized介紹

synchronized關(guān)鍵字可以解決的是多個(gè)線程之間訪問(wèn)資源的同步性。synchronized關(guān)鍵字可以保證被它修飾的方法或者代碼塊在任意時(shí)刻只能有一個(gè)線程執(zhí)行。

在 Java 程序中，我們可以利用 synchronized 關(guān)鍵字來(lái)對(duì)程序進(jìn)行加鎖。它既可以用來(lái)聲明一個(gè) synchronized 代碼塊，也可以直接標(biāo)記靜態(tài)方法或者實(shí)例方法。

關(guān)鍵字在代碼塊上

代碼如下：

public void methodA() {
    Object obj = new Object();
    synchronized (obj) {
        //
    }
}

編譯結(jié)果（javap -v）

public void methodA();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
  stack=2, locals=4, args_size=1
     0: new           #3                  // class java/lang/Object
     3: dup
     4: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
     7: astore_1
     8: aload_1
     9: dup
    10: astore_2
    11: monitorenter
    12: aload_2
    13: monitorexit
    14: goto          22
    17: astore_3
    18: aload_2
    19: monitorexit
    20: aload_3
    21: athrow
    22: return
  Exception table:
     from    to  target type
        12    14    17   any
        17    20    17   any

上面的字節(jié)碼中包含一個(gè) monitorenter 指令以及多個(gè) monitorexit 指令。這是因?yàn)?Java 虛擬機(jī)需要確保所獲得的鎖在正常執(zhí)行路徑，以及異常執(zhí)行路徑上都能夠被解鎖。 synchronized 應(yīng)用在同步塊上時(shí)，在字節(jié)碼中是通過(guò) monitorenter 和 monitorexit 實(shí)現(xiàn)的。

關(guān)鍵字在方法上

代碼如下：

public synchronized void methodB() {  
    //  
    i++;  
}

當(dāng)synchronized修飾同步方法時(shí)，編譯器會(huì)在生成的字節(jié)碼中添加一個(gè)額外的指令來(lái)獲取和釋放方法的監(jiān)視器鎖（monitor lock）。同時(shí)，編譯器還會(huì)設(shè)置方法的ACC_SYNCHRONIZED標(biāo)志。

public synchronized void methodB();
  descriptor: ()V
  flags: ACC\_PUBLIC, ACC\_SYNCHRONIZED
  Code:
    stack=3, locals=1, args\_size=1
        0: aload\_0
        1: dup
        2: getfield      #2                  // Field i:I
        5: iconst\_1
        6: iadd
        7: putfield      #2                  // Field i:I
        10: return
        LineNumberTable:
        line 15: 0
        line 16: 10

當(dāng)JVM加載字節(jié)碼文件并解析類(lèi)的時(shí)候，會(huì)檢查方法的訪問(wèn)標(biāo)志。如果ACC_SYNCHRONIZED標(biāo)志被設(shè)置，表示在進(jìn)入該方法時(shí)，Java 虛擬機(jī)需要進(jìn)行 monitorenter 操作。而在退出該方法時(shí)，不管是正常返回，還是向調(diào)用者拋異常，Java 虛擬機(jī)均需要進(jìn)行 monitorexit 操作。

這里 monitorenter 和 monitorexit 操作所對(duì)應(yīng)的鎖對(duì)象是隱式的。對(duì)于實(shí)例方法來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)操作對(duì)應(yīng)的鎖對(duì)象是 this；對(duì)于靜態(tài)方法來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)操作對(duì)應(yīng)的鎖對(duì)象則是所在類(lèi)的 Class 實(shí)例。

synchronized原理

synchronized 對(duì)對(duì)象進(jìn)行加鎖，在 JVM 中，對(duì)象在內(nèi)存中分為三塊區(qū)域：對(duì)象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)齊填充。在對(duì)象頭中保存了鎖標(biāo)志位和指向 monitor 對(duì)象的起始地址，如下圖所示，右側(cè)就是對(duì)象對(duì)應(yīng)的 Monitor 對(duì)象。當(dāng) Monitor 被某個(gè)線程持有后，就會(huì)處于鎖定狀態(tài)，如圖中的 Owner 部分，會(huì)指向持有 Monitor 對(duì)象的線程。另外 Monitor 中還有兩個(gè)隊(duì)列，用來(lái)存放進(jìn)入及等待獲取鎖的線程。

為了提升性能，JDK1.6 引入了偏向鎖、輕量級(jí)鎖、重量級(jí)鎖概念，來(lái)減少鎖競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的上下文切換，而正是新增的 Java 對(duì)象頭實(shí)現(xiàn)了鎖升級(jí)功能。當(dāng) Java 對(duì)象被 Synchronized 關(guān)鍵字修飾成為同步鎖后，圍繞這個(gè)鎖的一系列升級(jí)操作都將和 Java 對(duì)象頭有關(guān)。

對(duì)象頭

Java中對(duì)象頭由三個(gè)部分組成：Mark Word、Klass Pointer、Length。

• Mark Word
  Mark WordMark Word記錄了與對(duì)象和鎖相關(guān)的信息，當(dāng)這個(gè)對(duì)象作為鎖對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)synchronized的同步操作時(shí)，鎖標(biāo)記和相關(guān)信息都是存儲(chǔ)在Mark Word中的。

  64位系統(tǒng)Mark Word存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如下：

• 從圖中可以看到一個(gè)鎖狀態(tài)的字段，它包含五種狀態(tài)分別是無(wú)鎖、偏向鎖、輕量級(jí)鎖、重量級(jí)鎖、GC標(biāo)記。通過(guò)1bit來(lái)表達(dá)無(wú)鎖和偏向鎖，其中0表示無(wú)鎖、1表示偏向鎖。

• Klass PointerKlass Pointer
  Klass PointerKlass Pointer表示指向類(lèi)的指針，JVM通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確定對(duì)象具體屬于哪個(gè)類(lèi)的實(shí)例。它的存儲(chǔ)長(zhǎng)度根據(jù)JVM的位數(shù)來(lái)決定，在32位的虛擬機(jī)中占4字節(jié)，在64位的虛擬機(jī)中占8字節(jié)，但是在JDK 1.8中，由于默認(rèn)開(kāi)啟了指針壓縮，所以壓縮后在64位系統(tǒng)中只占4字節(jié)。

• Length
  Length表示數(shù)組長(zhǎng)度，只有構(gòu)建對(duì)象數(shù)組時(shí)才會(huì)有數(shù)組長(zhǎng)度屬性。

鎖升級(jí)過(guò)程

當(dāng)一個(gè)線程訪問(wèn)增加了synchronized關(guān)鍵字的代碼塊時(shí)，如果偏向鎖是開(kāi)啟狀態(tài)，則先嘗試通過(guò)偏向鎖來(lái)獲得鎖資源，這個(gè)過(guò)程僅僅通過(guò)CAS來(lái)完成。如果當(dāng)前已經(jīng)有其他線程獲得了偏向鎖，那么搶占鎖資源的線程由于無(wú)法獲得鎖，所以會(huì)嘗試升級(jí)到輕量級(jí)鎖來(lái)進(jìn)行鎖資源搶占，輕量級(jí)鎖就是通過(guò)多次CAS（也就是自旋鎖）來(lái)完成的。如果這個(gè)線程通過(guò)多次自旋仍然無(wú)法獲得鎖資源，那么最終只能升級(jí)到重量級(jí)鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)線程的等待。

下圖顯示了對(duì)象頭的布局和不同對(duì)象狀態(tài)的表示：

偏向鎖的原理

偏向鎖其實(shí)可以認(rèn)為是在沒(méi)有多線程競(jìng)爭(zhēng)的情況下訪問(wèn)synchronized修飾的代碼塊的加鎖場(chǎng)景，也就是在單線程執(zhí)行的情況下。

實(shí)際上對(duì)程序開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，加鎖是為了防范線程安全性的風(fēng)險(xiǎn)，但是是否有線程競(jìng)爭(zhēng)并不由我們來(lái)控制，而是由應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)決定。假設(shè)這種情況存在，就沒(méi)有必要使用重量級(jí)鎖基于操作系統(tǒng)級(jí)別的Mutex Lock來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖的搶占，這樣顯然很耗費(fèi)性能。

所以偏向鎖的作用就是，線程在沒(méi)有線程競(jìng)爭(zhēng)的情況下去訪問(wèn)synchronized同步代碼塊時(shí)，會(huì)嘗試先通過(guò)偏向鎖來(lái)?yè)屨荚L問(wèn)資格，這個(gè)搶占過(guò)程是基于CAS來(lái)完成的，如果搶占鎖成功，則直接修改對(duì)象頭中的鎖標(biāo)記。其中，偏向鎖標(biāo)記為1，鎖標(biāo)記為01，以及存儲(chǔ)當(dāng)前獲得鎖的線程ID。而偏向的意思就是，如果線程X獲得了偏向鎖，那么當(dāng)線程X后續(xù)再訪問(wèn)這個(gè)同步方法時(shí)，只需要判斷對(duì)象頭中的線程ID和線程X是否相等即

獲取偏向鎖的流程

下圖代表獲取偏向鎖的粗粒度流程圖，偏向鎖是在沒(méi)有線程競(jìng)爭(zhēng)的情況下實(shí)現(xiàn)的一種鎖，不能排除存在鎖競(jìng)爭(zhēng)的情況，所以偏向鎖的獲取有兩種情況。

• 沒(méi)有鎖競(jìng)爭(zhēng)

  在沒(méi)有鎖競(jìng)爭(zhēng)并且開(kāi)啟了偏向鎖的情況下，當(dāng)線程1訪問(wèn)synchronized(lock)修飾的代碼塊時(shí)：

  • 從當(dāng)前線程的棧中找到一個(gè)空閑的BasicObjectLock（圖中Lock Record），它是一個(gè)基礎(chǔ)的鎖對(duì)象，在后續(xù)的輕量級(jí)鎖和重量級(jí)鎖中都會(huì)用到，BasicObjectLock包含以下兩個(gè)屬性。
    • BasicLock，該屬性中有一個(gè)字段markOop，用于保存指向lock鎖對(duì)象的對(duì)象頭數(shù)據(jù)。
    • oop，指向lock鎖對(duì)象的指針。
  • 將BasicObjectLock中的oop指針指向當(dāng)前的鎖對(duì)象lock。
  • 獲得當(dāng)前鎖對(duì)象lock的對(duì)象頭，通過(guò)對(duì)象頭來(lái)判斷是否可偏向，也就是說(shuō)鎖標(biāo)記為101，并且Thread Id為空。
    • 如果為可偏向狀態(tài)，那么判斷當(dāng)前偏向的線程是不是線程1，如果偏向的是自己，則不需要再搶占鎖，直接有資格運(yùn)行同步代碼塊。
    • 如果為不可偏向狀態(tài)，則需要通過(guò)輕量級(jí)鎖來(lái)完成鎖的搶占過(guò)程。
  • 如果對(duì)象鎖lock偏向其他線程或者當(dāng)前是匿名偏向狀態(tài)（也就是沒(méi)有偏向任何一個(gè)線程），則先構(gòu)建一個(gè)匿名偏向的Mark Word，然后通過(guò)CAS方法，把一個(gè)匿名偏向的Mark Word修改為偏向線程1。如果當(dāng)前鎖對(duì)象lock已經(jīng)偏向了其他線程，那么CAS一定會(huì)失敗。

• 存在鎖競(jìng)爭(zhēng)

  假設(shè)線程1獲得了偏向鎖，此時(shí)線程2去執(zhí)行synchronized(lock)同步代碼塊，如果訪問(wèn)到同一個(gè)對(duì)象鎖則會(huì)觸發(fā)鎖競(jìng)爭(zhēng)并觸發(fā)偏向鎖撤銷(xiāo)，撤銷(xiāo)流程如下。

  • 線程2調(diào)用撤銷(xiāo)偏向鎖方法，嘗試撤銷(xiāo)lock鎖對(duì)象的偏向鎖。
  • 撤銷(xiāo)偏向鎖需要到達(dá)全局安全點(diǎn)（SafePoint）才會(huì)執(zhí)行，全局安全點(diǎn)就是當(dāng)前線程運(yùn)行到的這個(gè)位置，線程的狀態(tài)可以被確定，堆對(duì)象的狀態(tài)也是確定的，在這個(gè)位置JVM可以安全地進(jìn)行GC、偏向鎖撤銷(xiāo)等動(dòng)作。當(dāng)?shù)竭_(dá)全局安全點(diǎn)后，會(huì)暫停獲得偏向鎖的線程1。
  • 檢查獲得偏向鎖的線程1的狀態(tài)，這里存在兩種狀態(tài)。
    • 線程1已經(jīng)執(zhí)行完同步代碼塊或者處于非存活狀態(tài)。在這種情況下，直接把偏向鎖撤銷(xiāo)恢復(fù)成無(wú)鎖狀態(tài)，然后線程2升級(jí)到輕量級(jí)鎖，通過(guò)輕量級(jí)鎖搶占鎖資源。
    • 線程1還在執(zhí)行同步代碼塊中的指令，也就是說(shuō)沒(méi)有退出同步代碼塊。在這種情況下，直接把鎖對(duì)象lock升級(jí)成輕量級(jí)鎖（由于這里是全局安全點(diǎn)，所以不需要通過(guò)CAS來(lái)實(shí)現(xiàn)），并且指向線程1，表示線程1持有輕量級(jí)鎖，接著線程1繼續(xù)執(zhí)行同步代碼塊中的代碼。

偏向鎖的釋放

在偏向鎖執(zhí)行完synchronized同步代碼塊后，會(huì)觸發(fā)偏向鎖釋放的流程，需要注意的是，偏向鎖本質(zhì)上并沒(méi)有釋放，因?yàn)楫?dāng)前鎖對(duì)象lock仍然是偏向該線程的。釋放的過(guò)程只是把Lock Record釋放了，也就是說(shuō)把Lock Record保存的鎖對(duì)象的Mark Word設(shè)置為空。

偏向鎖批量重偏向當(dāng)一個(gè)鎖對(duì)象lock只被同一個(gè)線程訪問(wèn)時(shí)，該鎖對(duì)象的鎖狀態(tài)就是偏向鎖，并且一直偏向該線程。當(dāng)有任何一個(gè)線程來(lái)訪問(wèn)該鎖對(duì)象lock時(shí)，不管之前獲得偏向鎖線程的狀態(tài)是存活還是死亡，lock鎖對(duì)象都會(huì)升級(jí)為輕量級(jí)鎖，并且鎖在升級(jí)之后是不可逆的。

假設(shè)一個(gè)線程t1針對(duì)大量的鎖對(duì)象增加了偏向鎖，之后線程t2來(lái)訪問(wèn)這些鎖對(duì)象，在不考慮鎖競(jìng)爭(zhēng)的情況下，需要對(duì)之前所有偏向線程t1的鎖對(duì)象進(jìn)行偏向鎖撤銷(xiāo)和升級(jí)，這個(gè)過(guò)程比較耗時(shí)，而且虛擬機(jī)會(huì)認(rèn)為這個(gè)鎖不適合再偏向于原來(lái)的t1線程，于是當(dāng)偏向鎖撤銷(xiāo)次數(shù)達(dá)到20次時(shí)，會(huì)觸發(fā)批量重偏向，把所有的鎖對(duì)象全部偏向線程t2。偏向鎖撤銷(xiāo)并批量重偏向的觸發(fā)閾值可以通過(guò)XX:BiasedLockingBulkRebiasThreshold = 20來(lái)配置，默認(rèn)是20。

在高并發(fā)場(chǎng)景下，當(dāng)大量線程同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)鎖資源時(shí)，偏向鎖就會(huì)被撤銷(xiāo)，發(fā)生 stop the word 后， 開(kāi)啟偏向鎖無(wú)疑會(huì)帶來(lái)更大的性能開(kāi)銷(xiāo)，這時(shí)我們可以通過(guò)添加 JVM 參數(shù)關(guān)閉偏向鎖來(lái)調(diào)優(yōu)系統(tǒng)性能：

-XX:-UseBiasedLocking //關(guān)閉偏向鎖（默認(rèn)打開(kāi)）
或者
-XX:+UseHeavyMonitors  //設(shè)置重量級(jí)鎖

輕量級(jí)鎖的原理

在線程沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，使用偏向鎖能夠在不影響性能的前提下獲得鎖資源，但是同一時(shí)刻只允許一個(gè)線程獲得鎖資源，如果有多個(gè)線程來(lái)訪問(wèn)同步方法，于是就有了輕量級(jí)鎖的設(shè)計(jì)。

所謂的輕量級(jí)鎖，就是沒(méi)有搶占到鎖的線程，進(jìn)行一定次數(shù)的重試（CAS）。比如線程第一次沒(méi)搶到鎖則重試幾次，如果在重試的過(guò)程中搶占到了鎖，那么這個(gè)線程就不需要阻塞，這種實(shí)現(xiàn)方式我們稱(chēng)為自旋鎖，具體的實(shí)現(xiàn)流程如圖所示。

線程通過(guò)重試來(lái)?yè)屨兼i的方式是有代價(jià)的，因?yàn)榫€程如果不斷自旋重試，那么CPU會(huì)一直處于運(yùn)行狀態(tài)。如果持有鎖的線程占有鎖的時(shí)間比較短，那么自旋等待的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)性能的提升會(huì)比較明顯。反之，如果持有鎖的線程占用鎖資源的時(shí)間比較長(zhǎng)，那么自旋的線程就會(huì)浪費(fèi)CPU資源，所以線程重試搶占鎖的次數(shù)必須要有一個(gè)限制。從 JDK1.7 開(kāi)始，自旋鎖默認(rèn)啟用，自旋次數(shù)由 JVM 設(shè)置決定，根據(jù)前一次在同一個(gè)鎖上的自旋次數(shù)及鎖持有者的狀態(tài)來(lái)決定的。如果在同一個(gè)鎖對(duì)象上，通過(guò)自旋等待成功獲得過(guò)鎖，并且持有鎖的線程正在運(yùn)行中，那么JVM會(huì)認(rèn)為此次自旋也有很大的機(jī)會(huì)獲得鎖，因此會(huì)將這個(gè)線程的自旋時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)。反之，如果在一個(gè)鎖對(duì)象中，通過(guò)自旋鎖獲得鎖很少成功，那么JVM會(huì)縮短自旋次數(shù)。

在高負(fù)載、高并發(fā)的場(chǎng)景下，我們可以通過(guò)設(shè)置 JVM 參數(shù)來(lái)關(guān)閉自旋鎖，優(yōu)化系統(tǒng)性能：

-XX:-UseSpinning //參數(shù)關(guān)閉自旋鎖優(yōu)化(默認(rèn)打開(kāi)) 
-XX:PreBlockSpin //參數(shù)修改默認(rèn)的自旋次數(shù)。JDK1.7后，去掉此參數(shù)，由jvm控制

如果偏向鎖存在競(jìng)爭(zhēng)或者偏向鎖未開(kāi)啟，那么當(dāng)線程訪問(wèn)synchronized(lock)同步代碼塊時(shí)就會(huì)采用輕量級(jí)鎖來(lái)?yè)屨兼i資源，獲得訪問(wèn)資格，輕量級(jí)鎖的加鎖如圖所示:

獲取輕量級(jí)鎖的流程

• 在線程2進(jìn)入同步代碼塊后，JVM會(huì)給當(dāng)前線程分配一個(gè)Lock Record，也就是一個(gè)BasicObjectLock對(duì)象，在它的成員對(duì)象BasicLock中有一個(gè)成員屬性markOop _displaced_header，這個(gè)屬性專(zhuān)門(mén)用來(lái)保存鎖對(duì)象lock的原始Mark Word。

• 構(gòu)建一個(gè)無(wú)鎖狀態(tài)的Mark Word（其實(shí)就是lock鎖對(duì)象的Mark Word，但是鎖狀態(tài)是無(wú)鎖），把這個(gè)無(wú)鎖狀態(tài)的Mark Word設(shè)置到Lock Record中的_displaced_header字段中，如圖所示:

• 通過(guò)CAS將lock鎖對(duì)象的Mark Word替換為指向Lock Record的指針，如果替換成功，就會(huì)得到如圖所示的結(jié)構(gòu)，表示輕量級(jí)鎖搶占成功，此時(shí)線程2可以執(zhí)行同步代碼塊。

• 如果CAS失敗，則說(shuō)明當(dāng)前l(fā)ock鎖對(duì)象不是無(wú)鎖狀態(tài)，會(huì)觸發(fā)鎖膨脹，升級(jí)到重量級(jí)鎖。

相對(duì)偏向鎖來(lái)說(shuō)，輕量級(jí)鎖的原理比較簡(jiǎn)單，它只是通過(guò)CAS來(lái)修改鎖對(duì)象中指向Lock Record的指針。從功能層面來(lái)說(shuō)，偏向鎖和輕量級(jí)鎖最大的不同是：

• 偏向鎖只能保證偏向同一個(gè)線程，只要有線程獲得過(guò)偏向鎖，那么當(dāng)其他線程去搶占鎖時(shí)，只能通過(guò)輕量級(jí)鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)，除非觸發(fā)了重新偏向（如果獲得輕量級(jí)鎖的線程在后續(xù)的20次訪問(wèn)中，發(fā)現(xiàn)每次訪問(wèn)鎖的線程都是同一個(gè)，則會(huì)觸發(fā)重新偏向，20次的定義屬性為：XX:BiasedLockingBulkRebiasThreshold =20）。
• 輕量級(jí)鎖可以靈活釋放，也就是說(shuō)，如果線程1搶占了輕量級(jí)鎖，那么在鎖用完并釋放后，線程2可以繼續(xù)通過(guò)輕量級(jí)鎖來(lái)?yè)屨兼i資源。

輕量級(jí)鎖的釋放

偏向鎖也有鎖釋放的邏輯，但是它只是釋放Lock Record，原本的偏向關(guān)系仍然存在，所以并不是真正意義上的鎖釋放。而輕量級(jí)鎖釋放之后，其他線程可以繼續(xù)使用輕量級(jí)鎖來(lái)?yè)屨兼i資源，具體的實(shí)現(xiàn)流程如下。

• 把Lock Record中_displaced_header存儲(chǔ)的lock鎖對(duì)象的Mark Word替換到lock鎖對(duì)象的Mark Word中，這個(gè)過(guò)程會(huì)采用CAS來(lái)完成。
• 如果CAS成功，則輕量級(jí)鎖釋放完成。
• 如果CAS失敗，說(shuō)明釋放鎖的時(shí)候發(fā)生了競(jìng)爭(zhēng)，就會(huì)觸發(fā)鎖膨脹，完成鎖膨脹之后，再調(diào)用重量級(jí)鎖的釋放鎖方法，完成鎖的釋放過(guò)程。

重量級(jí)鎖的原理分析

輕量級(jí)鎖能夠通過(guò)一定次數(shù)的重試讓沒(méi)有獲得鎖的線程有可能搶占到鎖資源，但是輕量級(jí)鎖只有在獲得鎖的線程持有鎖的時(shí)間較短的情況下才能起到提升同步鎖性能的效果。如果持有鎖的線程占用鎖資源的時(shí)間較長(zhǎng)，那么不能讓那些沒(méi)有搶占到鎖資源的線程不斷自旋，否則會(huì)占用過(guò)多的CPU資源，這反而是一件得不償失的事情。如果沒(méi)搶占到鎖資源的線程通過(guò)一定次數(shù)的自旋后，發(fā)現(xiàn)仍然沒(méi)有獲得鎖，就只能阻塞等待了，所以最終會(huì)升級(jí)到重量級(jí)鎖，通過(guò)系統(tǒng)層面的互斥量（Mutex）來(lái)?yè)屨兼i資源。重量級(jí)鎖的實(shí)現(xiàn)原理如圖所示：

如果線程在運(yùn)行synchronized（lock）同步代碼塊時(shí)，發(fā)現(xiàn)鎖狀態(tài)是輕量級(jí)鎖并且有其他線程搶占了鎖資源，那么該線程就會(huì)觸發(fā)鎖膨脹升級(jí)到重量級(jí)鎖。因此，重量級(jí)鎖是在存在線程競(jìng)爭(zhēng)的場(chǎng)景中使用的鎖類(lèi)型。

獲取重量級(jí)鎖的流程

重量級(jí)鎖的實(shí)現(xiàn)流程如圖所示：

重量級(jí)鎖的實(shí)現(xiàn)是在ObjectMonitor中完成的，所以鎖膨脹的意義就是構(gòu)建一個(gè)ObjectMonitor，繼續(xù)關(guān)注圖中ObjectMonitor的實(shí)現(xiàn)部分，在ObjectMonitor中鎖的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

• 首先，判斷當(dāng)前線程是否是重入，如果是則增加重入次數(shù)。
• 然后，通過(guò)自旋鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖的搶占（這個(gè)自旋鎖就是前面我們提到的自適應(yīng)自旋），這里使用CAS機(jī)制來(lái)判斷ObjectMonitor中的_owner字段是否為空，如果為空就表示重量級(jí)鎖已釋放，當(dāng)前線程可以獲得鎖，否則就進(jìn)行自適應(yīng)自旋重試。
• 最后，如果通過(guò)自旋鎖競(jìng)爭(zhēng)鎖失敗，則會(huì)把當(dāng)前線程構(gòu)建成一個(gè)ObjectWaiter節(jié)點(diǎn)，插入_cxq隊(duì)列的隊(duì)首，再使用park方法阻塞當(dāng)前線程。

重量級(jí)鎖的釋放

鎖的釋放是在synchronized同步代碼塊結(jié)束后觸發(fā)的，釋放的邏輯比較簡(jiǎn)單。

• 把ObjectMonitor中持有鎖的對(duì)象_owner置為null。
• 從_cxq隊(duì)列中喚醒一個(gè)處于鎖阻塞的線程。
• 被喚醒的線程會(huì)重新競(jìng)爭(zhēng)重量級(jí)鎖，需要注意的是，synchronized是非公平鎖，因此被喚醒后不一定能夠搶占到鎖，如果沒(méi)搶到，則繼續(xù)等待。

總結(jié)

JVM 在 JDK1.6 中引入了分級(jí)鎖機(jī)制來(lái)優(yōu)化 Synchronized，當(dāng)一個(gè)線程獲取鎖時(shí)，首先對(duì)象鎖將成為一個(gè)偏向鎖，這樣做是為了優(yōu)化同一線程重復(fù)獲取導(dǎo)致的用戶(hù)態(tài)與內(nèi)核態(tài)的切換問(wèn)題；其次如果有多個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)鎖資源，鎖將會(huì)升級(jí)為輕量級(jí)鎖，它適用于在短時(shí)間內(nèi)持有鎖，且分鎖有交替切換的場(chǎng)景；輕量級(jí)鎖還使用了自旋鎖來(lái)避免線程用戶(hù)態(tài)與內(nèi)核態(tài)的頻繁切換，大大地提高了系統(tǒng)性能；但如果鎖競(jìng)爭(zhēng)太激烈了，那么同步鎖將會(huì)升級(jí)為重量級(jí)鎖。減少鎖競(jìng)爭(zhēng)，是優(yōu)化 Synchronized 同步鎖的關(guān)鍵。我們應(yīng)該盡量使 Synchronized 同步鎖處于輕量級(jí)鎖或偏向鎖，這樣才能提高 Synchronized 同步鎖的性能；通過(guò)減小鎖粒度來(lái)降低鎖競(jìng)爭(zhēng)也是一種最常用的優(yōu)化方法；另外我們還可以通過(guò)減少鎖的持有時(shí)間來(lái)提高 Synchronized 同步鎖在自旋時(shí)獲取鎖資源的成功率，避免 Synchronized 同步鎖升級(jí)為重量級(jí)鎖。

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