java 重量级锁有哪些 java轻量级锁与重量级锁

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墨守成规de网工 2023-07-22 01:00:13

文章标签 java 重量级锁有哪些 java 并发编程 synchronized 加锁 文章分类 Java 后端开发

文章目录

1、轻量级锁

1.1、加锁
1.2、解锁

2、重量级锁

2.1、加锁和解锁
2.2、自旋优化

1、轻量级锁

1.1、加锁

使用场景：如果一个对象虽然有多个线程访问，但是多线程访问时间是错开的，即多线程之间不会发生竞争。
轻量级锁对使用者是透明的，即语法仍然是synchronized

如下代码，2个同步方法，利用同一个对象加锁：

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

轻量级锁加锁过程解析：

线程和对象的初始状态，图示：

java 重量级锁有哪些 java轻量级锁与重量级锁_synchronized

创建锁记录（Lock Record）对象，每一个线程的栈帧都会包含一个锁记录的结构，内部用来存储锁对象的Mark Word 以及锁对象的地址。
当线程Thread-0执行到synchronized同步代码块的时，把锁记录中Object Reference（指针）执行锁对象，并尝试用cas替换Object 的MarkWord,把MarkWord的值存入锁记录，图示：

cas简单理解为原子操作，执行过程中不会被打断
轻量级锁MardWord结构：ptr_to_lock_record:30 00

如果cas替换成功，对象头中存储了锁记录地址和状态 00，表示由该线程加锁，图示：

java 重量级锁有哪些 java轻量级锁与重量级锁_java_02

cas替换失败有两种情况

如果有其他线程早于当前线程成功加锁，即Object MarkWord后2位一置为00，此时发生锁膨胀，升级为重量级锁
如果是自己执行了synchronized锁重入，那么在添加一条Lock Record做为重入的计数，图示：

1.2、解锁

解锁过程分析：

当线程退出syncronized代码块时，如果有取值为null的锁记录，表示由重入，这时重置锁记录，表示重入此时减一
当线程退出syncronized代码块时，如果锁记录的值不为null，这时使用cas把MarkWord的值恢复为最初的值（即保存在锁记录中的值）

解锁成功
解锁失败，说明轻量级锁进行了锁膨胀或者已经升级为重量级锁，进入重量级锁解锁过程。

2、重量级锁

2.1、加锁和解锁

如果在尝试加轻量级锁的过程中，CAS操作无法成功，其中一种情况就是有其他线程给该对象已经加上轻量级锁（有竞争），这时需要进行锁膨胀，将轻量级锁变为重量级锁。

当Thread-1进行轻量级锁加锁时，Thread-0已经给该对象加了轻量级锁。
这时Thread-1加轻量级锁失败，进入锁膨胀流程
- 即为Object 对象申请Monitor锁，让Object指向Monitor地址
- 然后自己进入Monitor的EntryList Blocked
- 图示,
解锁：当Thread-0退出同步块解锁时，使用cas将MarkWord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值为null，唤醒EntryList中阻塞的线程。

2.2、自旋优化

重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋来进行优化，如果当前线程自旋成功（即持锁线程已经退出同步块，释放了锁），这是当前线程就可以避免阻塞。

自旋成功的情况

线程1（cup 1）	对象Mark	线程2（cup 2）
访问同步块，获取monitor	10(重量级锁)	-
成功（加锁）	10(重量级锁)	-
执行同步块	10(重量级锁)	访问同步块，获取monitor
退出同步块（解锁）	01（无锁）	自旋重试
-	10（重量级锁）	成功加锁
-	10（重量级锁）	执行同步块
-	01（无锁）	退出同步块（解锁）
…	…	…

自旋失败的情况

线程1（cup 1）	对象Mark	线程2（cup 2）
访问同步块，获取monitor	10(重量级锁)	-
成功（加锁）	10(重量级锁)	-
执行同步块	10(重量级锁)	访问同步块，获取monitor
执行同步块	10(重量级锁)	自旋重试
执行同步块	10（重量级锁）	自旋重试
执行同步块	10（重量级锁）	自旋重试
执行同步块	10（重量级锁）	阻塞
…	…	…