Java并发编程基础-锁-synchronized状态变换

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synchoronized在Jdk1.6之前一直被称为重量锁，性能较差，很少被推荐使用。synchoronized在Jdk1.6中进行了大量优化，性能与JUC中的各种锁无差，也被逐渐的被大众所接受。

synchoronized将锁状态记录在了对象头的MarkWord中，包含4种锁状态：无锁、偏向锁、轻量锁和重量锁，锁状态只能升级不能降级，即无锁-->偏向锁-->轻量锁-->重量锁，目的是提高获取锁和释放锁的效率，对象几种状态的获取和释放如下：

偏向锁
大多数情况下，锁不存在多线程竞争，而总是由同一线程获得，为了让线程获得锁的代价更低（消除了同步）而引入了偏向锁。当对象第一次被线程获取的时候，会把MarkWord中的偏向标识位设为01（偏向锁状态），同时使用CAS操作将该线程的ID记录在MarkWord中，如果CAS操作成功，则该线程每次进入到这个锁相关的同步块时，虚拟机都可以不进行任何同步操作。
当有另外的线程获取这个锁时，偏向模式就结束了，根据锁对象目前是否处于锁定的状态，会恢复到无锁状态（01）或者变为轻量锁状态（00），借用《Java并发编程艺术》的一张图，如下所示：
轻量锁
线程在执行同步块之前，JVM会先在当前线程栈帧中创建用于存储锁记录的空间，并将对象头中的MarkWord复制到锁记录中，官方称为Displaced Mark Word。然后线程尝试使用CAS操作将对象头中的MarkWord替换为指向锁记录的指针，如果成功，当前线程获得锁，如果失败，表示有其他线程竞争锁，当前线程开始自旋，如果自旋完成一定次数（可能是50次、100次，可以通过启动参数配置自旋次数）当前线程还没有获取到锁，那么锁会开始膨胀，进化为重量锁。
轻量锁解决时，使用CAS操作将Displace Mark Word 替换会对象头，如果成功，则表示没有竞争，如果失败（已经有线程将锁的状态修改为重量锁），则释放锁并唤醒等待线程，借用《Java并发编程艺术》的一张图，如下所示：
重量锁
由上面的轻量锁升级而来，一旦升级到重量锁，那么其他线程获取锁，都会被阻塞，等待释放锁。当持有锁的线程释放锁并唤醒等待线程时，等待的线程就会开始新一轮的竞争。

理解：

当单个线程进入同步块，使用偏向锁，成本低，不需要使用CAS操作
当两个线程依次进入同步块，使用轻量锁，单线程自旋也不会造成太多的CPU损耗
当两个或多个线程进入同步快，使用重量锁，让获取锁的线程之外的线程进行阻塞等待唤醒，效率更高。

PS：使用openjdk的JOL（Java Object Layout）工具可以观察各种线程竞争锁时，Java对象头的状态。

参考书籍及网址：

《Java并发编程艺术》

PS：研究基于MAC+Idea+JDK1.8 64位

Keep Calm and Carry on！

转载于:https://my.oschina.net/gordonfor/blog/2051786

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