JVM技术之旅-锁机制的介绍和认识

简介: JVM技术之旅-锁机制的介绍和认识

偏向锁


大多数情况下锁不仅不存在多线程竞争,而且总是由同一线程多次获得,为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。当一个线程访问同步块并获取锁时,会在对象头和栈帧中的锁记录(Lock Record)里存储锁偏向(Bias Lock)的线程ID,以后该线程在进入和退出同步块时不需要花费CAS操作来加锁和解锁,而只需简单的测试一下对象头的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,则需要再测试下Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1(表示当前是偏向锁)如果没有设置,则使用CAS竞争锁(轻量级锁)如果设置了则尝试使用CAS操作将对象头的偏向锁指向当前线程(重新初始化偏向锁对当前线程,并且执行资源)





偏向锁的撤销


偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制,所以当其他线程尝试竞争偏向锁时,持有偏向锁的线程才会释放锁。


偏向锁的撤销需要等待全局安全点(在这个时间点上没有字节码正在执行),它会首先暂停拥有偏向锁的线程,然后检查持有偏向锁的线程是否活着,如果线程不处于活动状态,则将对象头设置成无锁状态,如果线程仍然活着,拥有偏向锁的栈会被执行,遍历偏向对象的锁记录,栈中的锁记录和对象头的Mark Word要么重新偏向于其他线程,要么恢复到无锁或者标记对象不适合作为偏向锁,最后唤醒暂停的线程。





轻量级锁


轻量级锁加锁: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


官方称为Displaced Mark Word。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有两条以上的线程争用同一个锁,那轻量级锁就不再有效,要膨胀为重量级锁,锁标志的状态值变为”10”,Mark Word中存储的就是指向重量级(互斥量)的指针。


轻量级锁解锁:轻量级解锁时,会使用原子的 CAS 操作来将Displaced Mark Word替换回到对象头,如果成功,则表示没有竞争发生。如果失败,表示当前锁存在竞争,锁就会膨胀成重量级锁。




重量级锁


重量级锁是 Java 虚拟机中最为基础的锁实现。在这种状态下,Java 虚拟机会阻塞加锁失败的线程,并且在目标锁被释放的时候,唤醒这些线程



下面是我个人自己的理解:


偏向所锁,轻量级锁都是乐观锁重量级锁是悲观锁


一个对象刚开始实例化的时候,没有任何线程来访问它的时候。它是可偏向的,意味着,它现在认为只可能有一个线程来访问它,所以当第一个线程来访问它的时候,它会偏向这个线程,此时,对象持有偏向锁



  • 0.偏向第一个线程,这个线程在修改对象头成为偏向锁的时候使用CAS操作,并将对象头中的ThreadID改成自己的ID,之后再次访问这个对象时,只需要对比ID,不需要再使用CAS在进行操作。(设置初始化偏向锁记录头+偏向锁记录数据)


  • 1.一旦有第二个线程访问这个对象,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。(锁出现冲突并且,校验原始偏向锁不在存活,线程消亡直接重新设置偏向锁)。


  • 2.如果原来的线程依然存活,则马上执行那个线程的操作栈,检查该对象的使用情况,如果仍然需要持有偏向锁(检查的是对象头的Lock Record)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)。(锁出现冲突并且,校验原始偏向锁对应线程存活,仍然区校验线程栈对应的其他对象的锁标志还真正存在?)


  • 3.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。(重新偏向)


  • 4.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。(轻量级锁的自旋(自适应自旋)+ 升级为重量级锁(2个以上冲突/自适应性自旋/长时间自旋))。




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