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  • Synchronized锁升级

    锁的状态

    锁一共有四种状态(由低到高的次序):无锁状态,偏向锁状态,轻量级锁状态,重量级锁状态
    锁的等级只可以升级,不可以降级。这种锁升级却不能降级的策略,目的是为了提高获得锁和释放锁的效率。

    偏向锁

    大多数情况下,锁不仅不存在多线程竞争,而且总是由同一个线程多次获得,为了让线程获得所得代价更低,引入了偏向锁,当一个线程访问同步代码块并获取锁时,会在线程的栈帧里创建lockRecord,在lockRecord里和锁对象的MarkWord里存储线程a的线程id。以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁,只需简单地测试一下对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁。如果测试成功,表示线程已经获得了锁。如果测试失败,说明是其他线程访问这个对象,因为偏向锁不会主动释放,所以第二个线程可以看到对象时偏向状态,这时表明在这个对象上已经存在竞争了,检查原来持有该对象锁的线程是否依然存活,如果挂了,则可以将对象变为无锁状态,然后重新偏向新的线程,如果原来的线程依然存活,则检查该对象的使用情况,如果仍然需要持有偏向锁,则偏向锁升级为轻量级锁(偏向锁就是这个时候升级为轻量级锁的)。如果不存在使用了,则可以将对象回复成无锁状态,然后重新偏向。

    轻量级锁

    线程在执行同步块之前,JVM会先在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间,并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中,然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功,当前线程获得锁,如果失败,表示其他线程竞争锁,当前线程便尝试使用自旋来获取锁。如果,完成自旋策略还是发现线程没有释放锁,或者让别的线程占用,则线程试图将轻量级锁升级为重量级锁。
    轻量级锁认为竞争存在,但是竞争的程度很轻,一般两个线程对于同一个锁的操作都会错开,或者说稍微等待一下(自旋),另一个线程就会释放锁。 但是当自旋超过一定的次数,或者一个线程在持有锁,一个在自旋,又有第三个来访时,轻量级锁膨胀为重量级锁,重量级锁使除了拥有锁的线程以外的线程都阻塞,防止CPU空转。

    重量级锁

    就是让争抢锁的线程从用户态转换成内核态。让cpu借助操作系统进行线程协调。

    锁升级具体流程

    每一个线程在准备获取共享资源时:
    第一步,检查MarkWord里面是不是放的自己的ThreadId ,如果是,表示当前线程是处于 “偏向锁”.跳过轻量级锁直接执行同步体。
    第二步,如果MarkWord不是自己的ThreadId,锁升级,这时候,用CAS来执行切换,新的线程根据MarkWord里面现有的ThreadId,通知之前线程暂停,之前线程将Markword的内容置为空。
    第三步,两个线程都把对象的HashCode复制到自己新建的用于存储锁的记录空间,接着开始通过CAS操作,把共享对象的MarKword的内容修改为自己新建的记录空间的地址的方式竞争MarkWord.
    第四步,第三步中成功执行CAS的获得资源,失败的则进入自旋.
    第五步,自旋的线程在自旋过程中,成功获得资源(即之前获的资源的线程执行完成并释放了共享资源),则整个状态依然处于轻量级锁的状态,如果自旋失败
    第六步,进入重量级锁的状态,这个时候,自旋的线程进行阻塞,等待之前线程执行完成并唤醒自己.

    偏向锁,轻量级锁,重量级锁对比

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