jvm 锁的 膨胀过程?锁内存怎么变化的

简介: 【10月更文挑战第3天】在Java虚拟机(JVM)中,`synchronized`关键字用于实现同步,确保多个线程在访问共享资源时的一致性和线程安全。JVM对`synchronized`进行了优化,以适应不同的竞争场景,这种优化主要体现在锁的膨胀过程,即从偏向锁到轻量级锁,再到重量级锁的转变。下面我们将详细介绍这一过程以及锁在内存中的变化。

在Java虚拟机(JVM)中,`synchronized`关键字用于实现同步,确保多个线程在访问共享资源时的一致性和线程安全。JVM对`synchronized`进行了优化,以适应不同的竞争场景,这种优化主要体现在锁的膨胀过程,即从偏向锁到轻量级锁,再到重量级锁的转变。下面我们将详细介绍这一过程以及锁在内存中的变化。


### 1. 偏向锁

在JDK 1.6中引入了偏向锁,其主要解决无竞争下的锁性能问题。偏向锁的核心思想是,当一个线程第一次获得锁时,JVM会利用CAS操作在对象头上的Mark Word部分设置线程ID,表示这个对象偏向于当前线程。这样,在后续的锁操作中,如果发现Mark Word中的线程ID与当前线程ID一致,则无需再进行CAS操作,直接获得锁。这种锁方式在无竞争的情况下非常高效,因为它避免了重量级锁的开销。


### 2. 轻量级锁

当有其他线程尝试获取已经被偏向的锁时,JVM需要撤销偏向锁,并切换到轻量级锁实现。轻量级锁依赖于CAS操作Mark Word来尝试获取锁。如果成功,则使用轻量级锁;如果失败,则进一步升级为重量级锁。在轻量级锁状态下,虚拟机会在当前线程的栈帧中建立一个锁记录(Lock Record),用于存储对象MarkWord的拷贝。然后,虚拟机会使用CAS操作尝试将对象的MarkWord指向栈中的Lock Record。如果操作成功,说明线程获取到了锁;否则,线程会自旋等待获取锁。当自旋超过一定次数后,轻量级锁可能会升级为重量级锁。


### 3. 重量级锁

重量级锁是JVM在面对高竞争场景时使用的锁机制。在这种状态下,锁的获取和释放涉及到操作系统的互斥量(mutex),需要进行系统调用,导致线程在用户态和内核态之间切换,开销较大。重量级锁适用于有大量线程参与锁竞争的情况。


### 锁内存的变化

在锁的膨胀过程中,锁的内存表示也会发生变化。在偏向锁状态下,Mark Word中存储的是偏向线程的ID。在轻量级锁状态下,Mark Word中存储的是指向线程栈中Lock Record的指针。而在重量级锁状态下,Mark Word中存储的是指向重量级锁(Monitor)的指针,Monitor中包含了等待锁的线程队列等信息。


### 总结

锁的膨胀过程是JVM根据锁的竞争情况动态调整锁实现的过程。从偏向锁到轻量级锁,再到重量级锁,JVM试图在无竞争和高竞争场景下都提供高效的锁机制。这一过程中,锁在内存中的表示也会随之变化,以适应不同的锁实现方式。通过这种动态调整,JVM能够在不同的应用场景下保持较好的性能。

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