死磕synchronized五：系统剖析轻量级锁

哈喽，大家好，我是江湖人送外号[道格牙]的子牙老师。

近期准备写一个专栏：从Hotspot源码角度剖析synchronized。前前后后大概有10篇，会全网发，写完后整理成电子书放公众号供大家下载。对本专栏感兴趣的、希望彻彻底底学明白synchronized的小伙伴可以关注一波。电子书整理好了会通过公众号群发告知大家。我的公众号：硬核子牙。

本篇文章给大家分享关于轻量级锁的所有。在synchronized的所有锁类型中，轻量级锁是最简单的，但是这个简单是相对的，如果不具备一些底层的思维及学习底层的办法，它的源码也不是那么容易理解。

关于轻量级锁

首先说下什么情况会用到轻量级锁

延迟偏向期间，偏向锁还不可用，synchronized首先拿到的就是轻量级锁。即由无锁升级成轻量级锁
抢占偏向锁失败的线程会触发锁膨胀至轻量级锁。这里还需要考虑偏向锁重入的情况
膨胀成轻量级锁以后，如果后续的线程是在持有锁的线程执行结束后来抢锁，拿到的依然是轻量级锁。因为释放轻量级锁会恢复成无锁
膨胀成轻量级锁以后，如果是来抢锁，就会触发膨胀成重量级锁

再说下轻量级锁在对象头中的存在形式，如图。

针对大家的这么几个疑惑说明一下：
1、64位操作系统，内存地址是8字节，64位，为什么能用62位保存？因为内存地址虽然可以用64位，实际上只用了48位，还有16位是保留位，所以完全可以；
2、为什么可以用尾两位的00表示轻量级锁？言外之意就是说内存地址的尾两位一定是00吗？是的。64位操作系统，线程栈是按8字节为一个单位来用的，所以尾两位一定是00。

很多小伙伴还有一个疑惑，轻量级锁对象到底存放在虚拟机栈的什么位置？从这张图也可以看出来，是存放在栈帧的顶部。如果该方法被synchronized修饰，或者方法中有synchronized代码段，就会在栈帧的顶部创建一块叫monitor block区域，专门用来存放lock record。

接下来看下Hotspot源码是如何实现轻量级锁的、如何处理轻量级锁的重入、如何处理偏向锁膨胀成轻量级锁的兼容。

轻量级锁前的堆栈图

如果是synchronized修饰的方法，会先执行lock_method方法。这个方法做了三件事情：

根据是否是静态方法计算出锁对象，将锁对象的内存地址保持到rax寄存器中
在当前的栈帧中创建一个lock record，将锁对象的内存地址写入
调用lock_object完成加锁

lock_method执行之后的堆栈图

lock_object

这个方法是模板解释器处轻量级锁的抢锁与重入处理逻辑。我们Java代码中的synchronized的轻量级锁都是在这里处理的。

这个方法全是汇编，我就不贴源码了，以伪代码的方式直接讲它的执行逻辑

这个方法执行后，如果不发生重入，堆栈图还是上面那个，不会变，只是将lock record的内存地址通过CAS写入到对象头中。

如果是重入，CAS是失败的，对象头不会发生变化，堆栈图会发生变化：
1、如果是synchronized修饰方法这种情况，一个栈帧一个lock record，区别是第一个BasicLock.display_header不为0，其他都为0。为什么要这样呢？为了释放锁的时候识别哪个是最后一层。
2、如果是synchronized代码块，一个栈帧中就有多个lock record，最后一层的BasicLock.display_header不为0，其他都为0。如图

轻量级锁解锁流程

轻量级锁的解锁逻辑比较简单：
1、判断是不是重入，如果是重入，直接return；
2、如果不是重入，意味着在解最后一层轻量级锁，需要将对象头恢复成无锁，这样后面的线程才能拿到轻量级锁。这个无锁头从哪来的？回忆一下上锁的时候，把rax寄存器中的无锁头写入了BasicLock.display_header，就是从这拿的；
3、其他情况就按重量级锁解锁处理。

偏向锁膨胀与重入

如果是偏向锁膨胀成轻量级锁，或者是重入的偏向锁膨胀成轻量级锁，Hotspot是如何处理的呢？直接看源码。注释写的很详细，就不重复啰嗦了。

至此就把轻量级锁相关的知识点讲完了。

系列文章

1、JVM如何执行synchronized修饰的方法
2、死磕synchronized二：系统剖析延迟偏向篇一
3、死磕synchronized三：系统剖析延迟偏向篇二
4、死磕synchronized四：系统剖析偏向锁篇一

结语

其实技术这个行业真的不难，如果有人带，打底子1-2年，沉淀2-3年，足矣。我自己一步步探索，走得还算顺利，大概花了七年时间。

给大家看看我写好的