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关于synchronized:Java6对synchronized的优化锁升级过程详细过程

jiezi

前言

以前咱们在温习 synchronized 的时候，和 lock 一比照，总说它是一个重量级锁，性能很差，不如 lock 来的不便，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，因而 Java 开发团队还是十分中意这个“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。

一、synchronized 应用

  1. 加到办法上，锁就是这个对象，避免多个线程同时拜访这个对象的 synchronized 办法；
  2. 加到静态方法，锁就是这个类的 class 对象，避免多个线程同时拜访这个类的 synchronized 办法，对该类所有对象实用；
  3. 加到代码块，锁就是该代码块所在的对象，避免多个线程同时拜访该代码块；

二、JVM 对 synchronized 的实现形式

  1. 代码块同步：通过应用 monitorenter 和 monitorexit 指令实现的
  2. 同步办法：ACC_SYNCHRONIZED 润饰

三、Java 对象头（存储锁类型）

理解锁降级之前，必须先晓得 Java 对象头，正式对象头记录的信息才实现了锁降级过程中的线程判断。

Java 对象：

Java 对象头：蕴含两局部：MarkWord 和 类型指针

MarkWord：Mark Word 用于存储对象本身的运行时数据，如 HashCode、GC 分代年龄、锁状态标记、线程持有的锁、偏差线程 ID 等等。

占用内存大小与虚拟机位长统一（32 位 JVM -> MarkWord 是 32 位，64 位 JVM -> MarkWord 是 64 位）

四、锁降级过程

无锁状态 -> 偏差锁 -> 轻量级锁（自旋锁，自适应自旋）-> 重量级锁

各种锁状态下 mark word 的内容：

状态 偏差锁位 标记位 存储内容
未锁定 0 01 对象哈希码、对象分代年龄
偏差锁 1 01 偏差线程 ID、偏差工夫戳、对象分代年龄
轻量级锁定 0 00 指向锁记录的指针
收缩(重量级锁定) 0 10 执行重量级锁定的指针
GC 标记 0 11 空(不须要记录信息)

无锁状态 -> 偏差锁

首先当处于无锁状态时，MarkWord 中存储的是对象的 hash code 等信息，偏差锁为 0，此时线程 1 进入，发现没有记录线程 ID 信息，则间接 CAS 操作将本人的线程 ID 设置进去，设置胜利则获取到偏差锁，偏差锁标记为改为 1；失败则要降级为轻量级锁；

线程 1 执行完后，将 markWord 中的线程 ID 设置为空，即开释偏差锁；

如果在线程 1 开释之前，此时线程 2 进入，先查 markWord 中记录的线程 ID 是否是本人的（这也是偏差锁实用的场景：教训表明，大多数状况下，都是同一个线程进入同一个同步代码块），若是，则获取锁胜利；

不是，则阐明曾经偏差给了其余线程，即呈现了线程竞争的状况，此时个别状况下，偏差锁是 不能够重偏差 的，所以须要降级，如果是能够重偏差的，则会尝试 CAS 操作替换 markWord 中的线程 id，胜利则偏差给线程 2，失败则进行锁降级；

偏差锁在降级前，须要先将偏差锁撤销。

如果此时曾经偏差给了某个线程，则须要依据 markWord 中记录的线程 id 查问该线程是否存活，不存活，则进入无锁状态，或者可重偏差状态，存活则撤销偏差锁，将锁对象的 markWord 复制到线程栈中，开始降级

偏差锁 -> 轻量级锁

呈现两个及以上线程竞争时（曾经偏差给了一个线程，此时又呈现了另外一个线程竞争，即降级），开始降级为轻量级锁。

加锁时，线程会在本人的栈帧中创立一个 Lock Record锁记录（会将对象原来的 markWord 内容复制过去，作为一个 lockRecord，蕴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，操作胜利则获取到轻量级锁；

线程执行完，解锁时，只须要移除栈帧中的 lockRecord 即可，而不必批改 markWord 中的内容。

轻量级锁 -> 重量级锁

设置失败，则证实有竞争，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，退出自适应自旋 Adapative Self Spinning，JVM 本人管制）。就会降级为重量级锁。

降级重量级锁：

向操作系统申请资源，CPU 从 3 级 - 0 级零碎调用，线程挂起，进入期待队列，期待操作系统的调度，而后再映射回用户空间

所以降级为重量级锁后，用户线程被零碎线程挂起，须要从 用户态 到内核态 的转换。这也是最开始说 synchronized 重，性能差的起因！

总结：

  1. synchronized锁降级过程是单向的，不可逆；
  2. 降级过程围绕锁对象中 markWord 的内容变动；
  3. 每种锁都适应不同的场景，比方偏差锁实用于同一个线程屡次进入同步代码的状况，轻量级锁实用竞争小，且同步执行工夫短（自旋一会儿就能获取到锁）的状况
  4. 对了，synchronized 是可重入的，这点不光能够从偏差锁看进去，即便降级到重量级锁，也是反对的
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