锁

MR.XSS2023-05-272023-07-25

锁

轻量级锁

场景：如果一个对象虽然有多线程访问，但是多线程时间式错开的(没有竞争)，那么可以使用轻量级锁优化

轻量级锁式透明的，仍是synchronized

示例

Object obj = new Object();

public void method1(){
	synchronized(obj){
		method2();
	}
}
public void method2(){
	synchronized(obj){
		......
	}
}

创建锁记录对象，每一个线程的栈帧都会包含一个锁的记录结构，内部可以存储锁对象的Mark Word
让锁记录中Object reference指向锁对象，并尝试cas替换Object的Mark Word，将Mark Word的值存入锁记录
如果cas替换成功，对象头中存储了锁记录地址和状态00，表示由该线程给对象加锁
如果cas失败，有两种情况
- 如果是其他线程已经持有了该对象的锁，这时有竞争，进入锁膨胀
- 如果是自己执行了synchronized锁重入，那么会加一条Lock Record作为重入的计数
当退出synchronized代码块，如果取值为null的锁记录，表示有重入，这时重置锁记录，表示重入计数减一
当退出synchronized代码块，锁记录不为空，这时使用cas将Mark Word恢复给对象
- 成功，解锁成功
- 失败，说明轻量级锁升级为重量级锁，进入锁膨胀，进入重量级解锁流程

锁膨胀

如果在尝试加轻量级锁过程，CAS操作失败，这时一种情况其他线程对其加上了轻量级锁，这时进行锁膨胀，轻量级锁转化为重量级锁

static Object obj = new Object();

public void method(){
	synchronized(obj){
		//同步块
	}
}

当Thread-1进行轻量级加锁时，Thread-0已经对该对象加锁
这时Thread-1加轻量级锁失败，进入锁膨胀
- 即为Object对象申请Monitor锁，让Object指向重量级锁地址
- 然后自己进入Monitor的EntryList BLOCKED

当Thread-0退出同步代码块解锁时，使用CAS将Mark Word的值恢复给对象头，失败。这时进入重量级解锁流程，按照Monitor地址找到Monitor对象，设置Owner为null，唤醒EntryList中的BLOCKED线程

自旋优化

重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋来进行优化，如果当前线程自旋成功（即这时候持锁线程已经退出了同步块，释放了锁），这时当前线程就可以避免阻塞。
自旋重试成功的情况

自旋重试失败的情况

自旋会占用 CPU 时间，单核 CPU 自旋就是浪费，多核 CPU 自旋才能发挥优势。
在 Java 6 之后自旋锁是自适应的，比如对象刚刚的一次自旋操作成功过，那么认为这次自旋成功的可能性会
高，就多自旋几次；反之，就少自旋甚至不自旋，总之，比较智能。
Java 7 之后不能控制是否开启自旋功能

偏向锁

轻量级锁在没有竞争时（就自己这个线程），每次重入仍然需要执行 CAS 操作。
Java 6 中引入了偏向锁来做进一步优化：只有第一次使用 CAS 将线程 ID 设置到对象的 Mark Word 头，之后发现
这个线程 ID 是自己的就表示没有竞争，不用重新 CAS。以后只要不发生竞争，这个对象就归该线程所有

Object obj = new Object();

public void method1(){
	synchronized(obj){
		method2();
	}
}
public void method2(){
	synchronized(obj){
		method3()
	}
}
public void method3(){
	synchronized(obj){
		......
	}
}

对象头

一个对象创建时：

如果开启了偏向锁（默认开启），那么对象创建后，markword 值为 0x05 即最后 3 位为 101，这时它的
thread、epoch、age 都为 0
偏向锁是默认是延迟的，不会在程序启动时立即生效，如果想避免延迟，可以加 VM 参数 -
XX:BiasedLockingStartupDelay=0 来禁用延迟
如果没有开启偏向锁，那么对象创建后，markword 值为 0x01 即最后 3 位为 001，这时它的 hashcode、
age 都为 0，第一次用到 hashcode 时才会赋值