輕量級、重量級鎖都是啥玩意兒

大綱

前言

在JDK1.6之後，爲了減小消耗，鎖進行了不少的升級。而且有了四種狀態，從低到高

• 無鎖狀態
• 偏向鎖狀態
• 輕量級鎖狀態
• 重量級鎖狀態

不一樣等級間的鎖能夠進行升級，可是不能進行降級

下面就介紹一下這四種不一樣等級的鎖

---

個人全部文章同步更新與Github--Java-Notes,想了解JVM(基本更完），HashMap源碼分析，spring相關，，併發，劍指offer題解（Java版），能夠點個star。能夠看個人github主頁，天天都在更新喲。

邀請您跟我一同完成 repo

---

對象內存佈局

在講鎖以前咱們應該瞭解對象的內存佈局，由於後面鎖的斷定時須要用到，

該內容能夠看個人這篇文章，對象的內存佈局，重點看對象頭中的運行時數據(Mark Word)

看了這個你應該知道，Mark Word(之後簡稱MW) 會隨着 標誌位的變化而變化

MW變化

先把他放出來，省得等會兒你本身翻

無鎖狀態

能夠看到，這種狀況下，MW被分爲了四個部分，他鎖的標誌位爲 01，是不是偏向鎖標誌位爲 0.

偏向鎖(biasedLock)

先看MW變化(在對象頭變化的那一張圖片中)

能夠看到，他的鎖標誌位和無鎖的標誌位是同樣的 都是 01，可是是不是偏向鎖的標誌位就變了 變成了 1.而且整個MW部分變成了5部分

目的

通過研究發現，大多數狀況下，鎖不只不存在多線程競爭，並且老是由同一線程屢次得到，爲了讓線程得到鎖的代價更低而引人了偏向鎖

偏向鎖，就如同他的名字同樣，"偏向"，"偏愛"，英文"biased"也是偏心的意思。

他爲啥是叫這個呢，由於這個鎖偏向於第一個獲取到他的線程，若是在接下來的執行過程當中，該鎖沒有被其餘的線程獲取，則持有偏向鎖的線程將永遠不須要再進行同步

步驟

上面一共被分爲三大部分，

• 無鎖狀態
• 偏向鎖狀態
• 撤銷偏向鎖

上面的圖中，線程一演示了偏向鎖的初始化流程，線程2演示了偏向鎖撤銷的過程

初始化過程

• 當鎖對象第一次被線程獲取的時候，虛擬機會將對象頭中的鎖標誌位置爲 "01"(偏向模式)
• 同時，使用CAS(若是不瞭解CAS，能夠看這篇文章，悲觀鎖和樂觀鎖)操做，把獲取到這個鎖的線程的ID記錄在對象的MW中，

• 若是 CAS成功，持有偏向鎖的線程每次進入這個鎖相關的同步塊時，虛擬機能夠不進行任何同步操做

撤銷過程

• 首先暫停擁有偏向鎖的線程
• 而後檢查持有偏向鎖的線程是否活着
  • 不活躍，將對象頭設置成無鎖狀態 (標誌位"01"，但不可偏向)
  • 活，
    • CAS成功，從新偏向，更改線程ID
    • 失敗，恢復成無鎖狀態，或者變成輕量級鎖定狀態。

輕量級鎖

標誌位爲"00"，能夠看最開始的圖

爲啥叫輕量級鎖，由於這是相比於傳統的重量級鎖而言，原來傳統的重量級鎖，使用的是系統互斥量實現的

他的出現並非代替重量級鎖，而是在沒有多線程競爭的前提下，減小系統互斥量操做產生的性能消耗

步驟

先看圖

加鎖

• 線程在執行同步塊以前，JVM會如今當前線程的棧幀中建立用於存儲鎖記錄（下圖的LockRecord）的空間，並將對象頭中的MW複製到鎖記錄中，官方稱爲 Displaced Mark Word
• 而後，虛擬機將使用CAS操做，將對象的MW更新爲指向鎖記錄的指針
  • 若是這個操做成功，那麼該線程就有了該對象的鎖，而且對象的MW的鎖標誌位置爲 "00"，表示該對象處於輕量級鎖定狀態
  • 若是更新失敗，表示其餘線程競爭鎖，當前線程嘗試使用自旋來獲取鎖

解鎖

• 使用CAS操做將 Displaced Mark Word 替換回到對象頭
  • 若是成功，則說明沒有發生競爭
  • 失敗，則表示當前鎖存在競爭，鎖就會膨脹成重量級鎖
    • 釋放鎖，而且喚醒等待的線程

缺點

輕量級能提高程序同步性能的依據是"對於絕大部分的鎖，在整個同步週期內都是不存在競爭的"，這是一個經驗數據。

• 若是沒有競爭，輕量級鎖使用CAS操做，避免使用互斥量
• 若是存在競爭，除了互斥量的開銷，還有 CAS的操做，不只沒有提高，反而性能會降低

各個鎖之間的轉換

對比

鎖	優勢	缺點	適用場景
偏向鎖	加鎖和解鎖都不須要額外的消耗，和執行非同步方法相比僅存在納秒級的差距	若是線程間存在鎖競爭，會帶來額外的鎖撤銷的消耗	只有一個線程訪問同步塊
輕量級鎖	競爭的線程不會阻塞，提升了程序的響應速度	若是始終得不到鎖競爭的線程，使用自旋會消耗CPU	追求響應時間 同步塊執行速度很是塊
重量級鎖	線程競爭不使用自旋，不會消耗CPU	線程阻塞，響應時間慢	追求吞吐量同步塊執行時間較長