如何實現Java鎖升級

這篇文章主要講解了如何實現Java鎖升級，內容清晰明了，對此有興趣的小伙伴可以學習一下，相信大家閱讀完之后會有幫助。

對象內存布局

Java對象在內存中存儲的布局可以分為3塊區域: 對象頭、實例數據、對齊填充。

對象頭,分為兩個部分,第一個部分存儲對象自身的運行時數據，又稱為Mark Word,32位虛擬機占32bit，64位虛擬機占64bit。如圖所示，不同鎖狀態下，Mark Word的結構，理解下面要介紹的各種鎖，和鎖升級過程，都需要先充分了解Mark Word的結構。

第二部分是類型指針，指向類元數據指針，虛擬機通過此指針，確定該對象屬于那個類的實例。

輕量級鎖

輕量級鎖是相對于重量級鎖(Synchrnoized)而言的，本意是在沒有多線程競爭的前提下，減少傳統的重量級鎖使用操作系統互斥量產生的性能消耗。

輕量級鎖的獲取

線程進入同步塊時，如果此同步對象沒有被鎖定(即鎖標志位為01,是否為偏向鎖為0)，虛擬機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一個Mark Word的copy

然后虛擬機使用CAS操作，嘗試將Mark World更新為指向Lock Record的指針，如果更新成功，那么線程擁有了該對象的鎖，并且將鎖標志位置位00，如圖所示

一旦有兩條以上的線程搶占該鎖，輕量級鎖會升級為重量級鎖。鎖標志位置為10,Mark Word存儲的就是指向重量級鎖的指針

輕量級鎖釋

• 放如果對象的Mark Word仍然指向著線程的鎖記錄， 那就用CAS操作把對象當前的Mark Word和線程中復制的Displaced Mark Word替換回來， 如果替換成功， 整個同步過程就完成了。
• 如果替換失敗， 說明有其他線程嘗試過獲取該鎖，輕量級鎖膨脹為重量級鎖,那就要在釋放鎖的同時， 喚醒被掛起的線程。

偏向鎖

引入偏向鎖的目的是在沒有多線程競爭的前提下，進一步減少線程同步的性能消耗。

偏向鎖的獲取

開啟偏向鎖模式后，鎖第一次被線程獲取的時候，虛擬機會把對象頭中是否為偏向鎖的標志位設位0,同時使用CAS操作把獲取到這個鎖的線程的ID記錄在對象的Mark Word之中。

當有另外一個線程去嘗試獲取這個鎖時， 偏向模式就宣告結束。 根據鎖對象目前是否處于被鎖定的狀態, 撤銷偏向（ Revoke Bias） 后恢復到未鎖定（ 標志位為“01”）或輕量級鎖定（ 標志位為“00”） 的狀態

偏向鎖的釋放

偏向鎖，并沒有顯式的鎖釋放過程，主要依靠鎖的批量再偏向（Bulk Rebias）機制實現鎖釋放。

該機制的主要工作原理如下：

• 引入一個概念 epoch, 其本質是一個時間戳 ， 代表了偏向鎖的有效性，從前文描述的對象頭結構中可以看到， epoch 存儲在可偏向對象的 MarkWord 中。
• 除了對象中的 epoch, 對象所屬的類 class 信息中， 也會保存一個 epoch 值，每當遇到一個全局安全點時， 如果要對 class 進行批量再偏向， 則首先對 class 中保存的 epoch 進行增加操作， 得到一個新的 epoch_new
• 然后掃描所有持有 class 實例的線程棧，根據線程棧的信息判斷出該線程是否鎖定了該對象， 僅將epoch_new 的值賦給被鎖定的對象中。
• 退出安全點后， 當有線程需要嘗試獲取偏向鎖時， 直接檢查 class中存儲的 epoch 值是否與目標對象中存儲的 epoch 值相等，如果不相等， 則說明該對象的偏向鎖已經無效了， 可以嘗試對此對象重新進行偏向操作。
   

整個鎖升級過程

看完上述內容，是不是對如何實現Java鎖升級有進一步的了解，如果還想學習更多內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道。