简介

锁和同步是 java 多线程编程中十分常见的应用场景。为了锁定多线程共享的对象，Java 须要提供肯定的机制来实现共享对象的锁定，从而保障一次只有一个线程可能作用于共享对象。当第二个线程进入同一个区域的时候，必须期待第一个线程解锁该对象。

JVM 是怎么做到的呢？为了实现这个性能，java 对象又须要具备什么样的构造呢？快来一起看看吧。

java 对象头

Java 的锁状态其实能够分为三种，别离是偏差锁，轻量级锁和重量级锁。

在 Java HotSpot VM 中，每个对象后面都有一个 class 指针和一个 Mark Word。Mark Word 存储了哈希值以及分代年龄和标记位等，通过这些值的变动，JVM 能够实现对 java 对象的不同水平的锁定。

还记得咱们之前分享 java 对象的那张图吗？

javaObject 对象的对象头大小依据你应用的是 32 位还是 64 位的虚拟机的不同，稍有变动。这里咱们应用的是 64 位的虚拟机为例。

Object 的对象头，分为两局部，第一局部是 Mark Word，用来存储对象的运行时数据比方：hashcode，GC 分代年龄，锁状态，持有锁信息，偏差锁的 thread ID 等等。

在 64 位的虚拟机中，Mark Word 是 64bits，如果是在 32 位的虚拟机中 Mark Word 是 32bits。

第二局部就是 Klass Word，Klass Word 是一个类型指针，指向 class 的元数据，JVM 通过 Klass Word 来判断该对象是哪个 class 的实例。

咱们能够看到对象头中的 Mark Word 依据状态的不同，存储的是不同的内容。

其中锁标记的值别离是：无锁 =001，偏差锁 =101，轻量级锁 =000，重量级锁 =010。

java 中锁状态的变动

为什么 java 中的锁有三种状态呢？其本质起因是为了晋升锁的效率，因为不同状况下，锁的力度是不一样的。

通过设置不同的锁的状态，从而能够不同的状况用不同的解决形式。

下图是 java 中的锁状态的变动图：

下面的图基本上列出了 java 中锁状态的整个生命周期。接下来咱们一个一个的解说。

偏差锁 biased locking

一般来说，一个对象被一个线程取得锁之后，很少产生线程切换的状况。也就是说大部分状况下，一个对象只是被一个对象锁定的。

那么这个时候咱们能够通过设置 Mark word 的肯定构造，缩小应用 CAS 来更新对象头的频率。

为了实现这样的指标，咱们看下偏差锁的 Mark word 的构造：

当偏差线程第一次进入同步块的时候，会去判断偏差锁的状态和 thread ID，如果偏差锁状态是 1，并且 thread ID 是空的话，将会应用 CAS 命令来更新对象的 Mark word。

设置是否偏差锁 =1，锁标记 =01, 线程 ID 设置为以后锁定该对象的线程。

下一次该对象进入同步块的时候，会先去判断锁定的线程 ID 和以后线程 ID 是否相等，如果相等的话则不须要执行 CAS 命令，间接进入同步块。

如果这个时候有第二个线程想拜访该对象的同步块，因为以后对象头的 thread ID 是第一个线程的 ID，跟第二个线程的 ID 不同。

如果这个时候线程 1 的同步块曾经执行结束，那么须要解除偏差锁的锁定。

解除锁定很简略，就是将线程 ID 设置为空，并且将偏差锁的标记位设为 0，

如果这个时候线程 1 的同步块还在执行，那么须要将偏差锁降级为轻量级锁。

轻量级锁 thin lock

先看下轻量级锁的构造：

能够看到 Mark word 中寄存的是栈中锁记录的指针和锁的标记 =00。

如果对象当初处于未加锁状态，当一个线程尝试进入同步块的时候，会将把对象头和以后对象的指针拷贝一份，放在线程的栈中一个叫做 lock record 的中央。

而后 JVM 通过 CAS 操作，将对象头中的指针指向刚刚拷贝的 lock record。如果胜利，则该线程领有该对象的锁。

实际上 Lock Record 和 Mark word 造成了一个相互指向对方的状况。

下次这个线程再次进入同步块的时候，同样执行 CAS，比拟 Mark word 中的指针是否和以后 thread 的 lock record 地址统一，如果统一表明是同一个线程，能够持续持有该锁。

如果这个时候有第二个线程，也想进入该对象的同步块，也会执行 CAS 操作，很显著会失败，因为对象头中的指针和 lock record 的地址不一样。

这个时候第二个线程就会自旋期待。

那么第一个线程什么时候会开释锁呢？

轻量级锁在线程退出同步块的时候，同样须要执行 CAS 命令，将锁标记从 00 替换成 01，也就是无锁状态。

重量级锁

如果第二个线程自旋工夫太久，就会将锁标记替换成 10（重量级锁），并且设置重量级锁的指针，指向第二个线程，而后进入阻塞状态。

当第一个线程退出同步块的时候，执行 CAS 命令就会出错，这时候第一个线程就晓得锁曾经收缩成为重量级锁了。

第一个线程就会开释锁，并且唤醒期待的第二个线程。

第二个线程被唤醒之后，从新抢夺锁。

咱们看下重量级锁的构造：

三种锁状态的不同

偏差锁，轻量级锁和重量级锁到底有什么不同了？

这里总结一下，偏差锁下次进入的时候不须要执行 CAS 命令，只做线程 ID 的比拟即可。

轻量级锁进入和退出同步块都须要执行 CAS 命令，然而轻量级锁不会阻塞，它应用的是自旋命令来获取锁。

重量级锁不应用自旋，然而会阻塞线程。

好了，小伙伴们对于锁的状态变动有什么疑难吗？欢送留言。

本文作者：flydean 程序那些事

本文链接：http://www.flydean.com/jvm-object-lock-synchronization/

本文起源：flydean 的博客

欢送关注我的公众号: 程序那些事，更多精彩等着您！