【JUC】17-Synchronized锁升级

news2024/9/20 16:32:13

1. 锁分类

无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁

synchronized属于重量级锁，monitor是基于底层os的mutex Lock实现了，挂起线程和恢复线程都需要内核态完成，都需要切换CPU状态来完成。

Monitor与对象以及线程如何关联？
1.对象被某个线程锁住，则该对象
在这里插入图片描述

2. synchronized锁升级流程

synchronized用的锁依赖释放偏向锁标志位和锁标志位。

偏向锁：MarkWord存储的是偏向的线程ID。
轻量锁：MarkWord存储指向线程栈中Lock Recoard的指针。
重量锁：MarkWord存储的是指向堆中的monitor对象的指针。

3. 偏向锁

单线程竞争：当一段同步代码一直被同一个线程多次访问，后续访问自动获取锁。
偏向锁默认有4s的延迟。
竞争出现才释放偏向锁。
Java 15取消了偏向锁。
在这里插入图片描述

4. 轻量级锁

当有另外线程逐步来竞争锁的时候，偏向锁会升级为轻量级锁。
竞争线程尝试CAS更新对象头失败，会等待到全局安全点 (此时不会执行任何代码) 撤销偏向锁。
在这里插入图片描述
轻量级锁的加锁
JVM会为每个线程在当前线程的栈帧中创建用于存储记录的空间，即Displaced Mark Word。若一个线程获得锁时，发现是轻量级锁，会把锁的MarkWord复制到Displaced Mark Word里面。然后尝试用CAS将锁的Mark Word替换为指向锁记录的指针。
成功，当前线程获得锁。失败，表示Mark Word已经被替换成了其他线程的锁记录，说明在与其他线程竞争锁，当前线程就尝试使用自旋来获取锁。
轻量级锁的释放
在释放锁时，当前线程会使用CAS操作将Displaced Mark Word的内容复制回锁的Mark Word里面。
没有竞争，那么这个复制的操作会成功。如果其他线程因为自旋多次导致轻量级锁升级为重量级锁，那么CAS操作会失败，此时会释放锁并唤醒被阻塞的线程。

5. 重量级锁

有大量线程参与锁的竞争，冲突性很高。
synchronized的重量级锁基于进入和退出Monitor对象实现的。在编译时会将同步块的开始位置插入monitor enter指令，在结束位置插入monitor exit指令。
当线程执行到monitor enter指令时，会尝试获取对象所对应的Monitor所有权，如果获取到了锁，会在Monitor的owner中存放当前线程的id，这样它将处于锁定状态，除非退出同步块，否则其他线程无法获取到这个Monitor。
指向互斥量的指针。

6. 锁和哈希码

不推荐修改hashCode。
当一个对象计算过hashCode后，再也无法进入偏向锁状态。
偏向锁过程中遇到一致哈希计算请求，立马撤销偏向模式，膨胀为重量级锁。

无锁状态：对象的hashCode()方法第一次被调用时，JVM会生成对应的identity hash code值并将该值存储到Mark Word中。
偏向锁：线程获取偏向锁，或用线程id和epoch值覆盖identity hash code所在的位置。如果一个对象的hashCode() 方法已被调用过一次之后，这个对象不能被设置偏向锁。为了保证统一对象前后两次调用hashCode() 方法得到的结果一致。
轻量锁：JVM会在当前线程的栈帧中创建一个锁记录(Lock Record)空间，用于存储锁对象的Mark Word拷贝。所以轻量锁可以和identity hash code共存，哈希码和GC年龄保存于此，释放锁后，这些信息写回对象头中，
重量级锁：Mark Word的重量级锁指针指向重量级锁的ObjectMonitor类，里面有字段记录非加锁状态下的Mark Word，释放后也会写回。

7. JIT编译器对锁的优化

Just in time compiler即时编译器。

7.1 锁消除

锁消除。JIT编译器会无视它，每次new o，synchronized(o) 就会无视它。

class Test05 {
    Object object = new Object();
    public void print() {
        Object o = new Object();
        synchronized (o) {
            System.out.println("Lock:" + o.hashCode() + " Object:" + object.hashCode());
        }
    }
}
public class demo05 {
    public static void main(String[] args) {
        Test05 test05 = new Test05();
        for(int i=0; i<10; i++) {
            test05.print();
        }
    }
}

7.2 锁粗化

一次申请锁。

    public static void main(String[] args) {
        Object o = new Object();
        for(int i=0; i<10; i++) {
            synchronized (o) {
                System.out.println("1");
            }
            synchronized (o) {
                System.out.println("1");
            }
        }
    }