如何理解java中鎖與并發

本篇文章為大家展示了如何理解java中鎖與并發，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

1. 對象頭和鎖

1.1 對象頭的概念

在java虛擬機的實現中，每個對象都有一個對象頭，用于保存對象的系統信息。對象頭中有一個稱為Mark Word的部分，它是實現鎖的關鍵。在32位系統中，Mark Word 為一個32位的數據，在64位系統中，它占64位。它是一個多功能的數據區，可以存放對象的哈希值、對象年齡、鎖的指針等信息。一個對象是否占用鎖、占用哪個鎖，就記錄在這個Mark Word中。

以32位系統為例，普通對象的對象頭如下：

hash: 25 --------->| age: 4    biased_lock: 1    lock: 2

它表示Mark Word 中有25位表示對象的哈希值，4位表示對象的年齡，1位表示是否為偏向鎖，2位表示鎖的信息。

1.2 偏向鎖的對象頭

偏向鎖是jdk 1.6提出的一種鎖優化方式。其核心思想是，如果程序沒有競爭，則取消之前已經取得鎖的線程同步操作。也就是說，某一鎖被線程獲取后，就會進入俯身模式，當線程再次請求這個鎖時，無須再進行相關的同步操作，從而節省了操作時間。如果在此期間有其他線程進行了鎖請求，則鎖退出偏向模式。在jvm中，使用-XX:+UseBiasedLocking可以設置啟用偏向鎖。

對于偏向鎖的對象，它的格式如下：

[JavaThread*  | epoch | age | 1 | 01]

前23位表示持有偏向鎖的線程，后續2位表示偏向鎖的時間戳（epoch），4位表示對象年齡，年齡后固定為1，表示偏向鎖，最近2位為01，表示可偏向/未鎖定。

偏向鎖示例：

package jvm.chapter08;

import java.util.List;
import java.util.Vector;

/**
 * 使用一個線程對Vector進行寫入操作，由于對Vector的訪問內部都用同步鎖控制，
 * 每次add()操作都會請求numberList對象的鎖。
 *
 * @author chengyan
 * @date 2019-11-17 7:41 下午
 */
public class Demo01 {
    public static List<Integer> numberList = new Vector<Integer>();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long begin = System.currentTimeMillis();
        int count = 0;
        int startnum = 0;
        while(count < 1000_0000) {
            numberList.add(startnum);
            startnum += 2;
            count++;
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(end - begin);
    }
}

使用參數-XX:+UseBiasedLocking -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 -client -Xmx512m -Xms512m運行，結果如下：

227

這說明程序用227毫秒完成所有的工作。參數-XX:BiasedLockingStartupDelay表示虛擬機在啟動后立即使用偏向鎖。如不設置該參數，虛擬機默認會在啟動后4秒后，才啟用偏向鎖，考慮到程序運行時間較短，故做此設置，盡早啟用偏向鎖。

若禁用偏向鎖，則只需使用如下參數啟動程序：

-XX:-UseBiasedLocking -client -Xmx512m -Xms512m

結果如下：

363

1.3 輕量級鎖的對象頭

當對象處于輕量級鎖時，其中Mark Word 如下（00表示最后2位的值）：

[ptr | 00] locked

此時，它指向存放在獲得鎖的線程棧中的該對象的真實對象頭。

1.4 重量級鎖的對象頭

當對象處于輕量級鎖時，其中Mark Word 如下：

[ptr | 10] monitor

此時，最后2位為10，整個 Mark Word 指向 Minitor的指針。

1.5 普通對象的對象頭

當對象處理于普通的未鎖定狀態時，其格式如下：

[header | 0 | 01|] unlocked

前29位表示對象的哈希值、年齡等信息。倒數第3位為0，最后兩位為01，表示未鎖定。可以發現，最后兩位的值和偏向狀態是一樣的，此時虛擬機通過倒數第3位來區分是否為偏向鎖。

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