Java?synchronized輕量級鎖如何實現(xiàn)

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一、什么是輕量級鎖

輕量級鎖是JDK 6之中加入的新型鎖機制，它名字中的“輕量級”是相對于使用monitor的傳統(tǒng)鎖而言的。輕量級鎖指的是存在多線程競爭，但是任意時刻最多只允許一個線程競爭獲得鎖，即不存在鎖競爭太過激烈的情況，輕量級鎖情況下，線程不會發(fā)生阻塞。

二、為什么引入輕量級鎖

輕量級鎖考慮的是競爭鎖對象的線程不多，而且線程持有鎖的時間也不長的場景。因為阻塞線程需要CPU從用戶態(tài)轉到內(nèi)核態(tài)，代價比較大，如果剛剛阻塞不久這個鎖就被釋放了，那這個代價就有點得不償失了，因此這個時候就干脆不阻塞這個線程，讓它自旋這等待鎖的釋放。

三、輕量級鎖的升級時機

主要有兩個：

1)、關閉偏向鎖功能

使用 -XX:-UseBiasedLocking參數(shù)關閉偏向鎖，此時默認進入輕量級鎖；

2)、多個線程競爭偏向鎖

偏向鎖狀態(tài)下，由于別的線程嘗試競爭偏向鎖，并且CAS更新MarkWord中線程ID失敗，此時發(fā)生【偏向鎖 -> 輕量級鎖】升級；

舉個例子：

1、線程A先獲取到鎖對象，線程B又過來嘗試競爭這個鎖，此時該鎖已是偏向鎖偏向線程A了；

2、線程B嘗試執(zhí)行CAS去替換鎖對象MarkWord中線程ID，看下能不能獲取到鎖；

3、如果線程B的CAS成功了，說明此時線程A執(zhí)行完了同步塊代碼，這個時候線程B會直接替換鎖對象MarkWord中線程ID為自己的線程ID，該鎖不會發(fā)生升級，還是處于偏向鎖狀態(tài)；

4、如果線程B的CAS失敗了，說明線程A還沒執(zhí)行完同步塊代碼，這個時候，偏向鎖就會升級為輕量級鎖（偏向鎖標識置為0，同步鎖標識置為00），這個輕量級鎖由原來持有偏向鎖的線程A持有，繼續(xù)執(zhí)行同步代碼，此時正在競爭的線程B會進入CAS自旋等待獲取這個輕量級鎖；

四、輕量級鎖的演示

前面我們了解到，當關閉偏向鎖功能的時候，默認獲取的是輕量級鎖。所以我們這里添加運行時參數(shù) -XX:-UseBiasedLocking參數(shù)禁用偏向鎖。

public class LightweightLockDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 關閉偏向鎖，默認進入輕量級鎖
        Object objLock = new Object();
        new Thread(() -> {
            synchronized (objLock) {
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(objLock).toPrintable());
            }
        }, "t1").start();
    }
}

可以看到，對象頭最后三位為“000”，表示當前獲取的是一把輕量級鎖。

五、輕量級鎖的原理

輕量級鎖的加鎖

1)、JVM會在當前線程的棧幀中建立一個名為鎖記錄（Lock Record）的空間，用于存儲鎖對象目前的Mark Word的拷貝（官方稱為Displaced Mark Word）。若一個線程獲得鎖時發(fā)現(xiàn)是輕量級鎖，它會將對象的Mark Word復制到棧幀中的鎖記錄Lock Record中（Displaced Mark Word里面）；

2)、線程嘗試利用CAS操作將對象的Mark Word更新為指向Lock Record的指針，如果成功表示當前線程競爭到鎖，則將鎖標志位變成00，執(zhí)行同步操作；

3)、如果失敗，表示MarkWord已經(jīng)被替換成了其他線程的鎖記錄，說明在與其他線程搶占競爭鎖，當前線程就嘗試使用自旋來獲取鎖；

注意，JVM采用的是自適應自旋，也就是說，自適應意味著自旋的次數(shù)不是固定不變的，JVM會根據(jù)同一個鎖上一次自旋的時間以及擁有鎖線程的狀態(tài)來決定到底需要自旋多少次。JVM針對那些很少會自旋成功的線程，那么下次會減少自旋的次數(shù)甚至壓根不自旋，避免CPU空轉。

輕量級鎖的釋放

輕量級鎖的釋放也是通過CAS操作來進行的，當前線程使用CAS操作將Displaced Mark Word的內(nèi)存復制回鎖對象的MarkWord中，如果CAS操作替換成功，則說明釋放鎖成功；如果CAS自旋多次還是替換失敗的話，說明有其他線程嘗試獲取該鎖，則需要將輕量級鎖膨脹升級為重量級鎖；

六、輕量級鎖升級為重量級鎖的流程

七、輕量級鎖的優(yōu)缺點

優(yōu)點

在多線程交替執(zhí)行同步塊的情況下，可以避免重量級鎖引起的性能消耗；

缺點

如果長時間自旋后還沒競爭到鎖，將會過度耗費CPU，即CPU空轉。

以上就是關于“Java synchronized輕量級鎖如何實現(xiàn)”這篇文章的內(nèi)容，相信大家都有了一定的了解，希望小編分享的內(nèi)容對大家有幫助，若想了解更多相關的知識內(nèi)容，請關注億速云行業(yè)資訊頻道。