【JUC】17-Synchronized锁升级

news2025/11/4 11:52:55

1. 锁分类

无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁

synchronized属于重量级锁，monitor是基于底层os的mutex Lock实现了，挂起线程和恢复线程都需要内核态完成，都需要切换CPU状态来完成。

Monitor与对象以及线程如何关联？
1.对象被某个线程锁住，则该对象
在这里插入图片描述

2. synchronized锁升级流程

synchronized用的锁依赖释放偏向锁标志位和锁标志位。

偏向锁：MarkWord存储的是偏向的线程ID。
轻量锁：MarkWord存储指向线程栈中Lock Recoard的指针。
重量锁：MarkWord存储的是指向堆中的monitor对象的指针。

3. 偏向锁

单线程竞争：当一段同步代码一直被同一个线程多次访问，后续访问自动获取锁。
偏向锁默认有4s的延迟。
竞争出现才释放偏向锁。
Java 15取消了偏向锁。
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4. 轻量级锁

当有另外线程逐步来竞争锁的时候，偏向锁会升级为轻量级锁。
竞争线程尝试CAS更新对象头失败，会等待到全局安全点 (此时不会执行任何代码) 撤销偏向锁。
在这里插入图片描述
轻量级锁的加锁
JVM会为每个线程在当前线程的栈帧中创建用于存储记录的空间，即Displaced Mark Word。若一个线程获得锁时，发现是轻量级锁，会把锁的MarkWord复制到Displaced Mark Word里面。然后尝试用CAS将锁的Mark Word替换为指向锁记录的指针。
成功，当前线程获得锁。失败，表示Mark Word已经被替换成了其他线程的锁记录，说明在与其他线程竞争锁，当前线程就尝试使用自旋来获取锁。
轻量级锁的释放
在释放锁时，当前线程会使用CAS操作将Displaced Mark Word的内容复制回锁的Mark Word里面。
没有竞争，那么这个复制的操作会成功。如果其他线程因为自旋多次导致轻量级锁升级为重量级锁，那么CAS操作会失败，此时会释放锁并唤醒被阻塞的线程。

5. 重量级锁

有大量线程参与锁的竞争，冲突性很高。
synchronized的重量级锁基于进入和退出Monitor对象实现的。在编译时会将同步块的开始位置插入monitor enter指令，在结束位置插入monitor exit指令。
当线程执行到monitor enter指令时，会尝试获取对象所对应的Monitor所有权，如果获取到了锁，会在Monitor的owner中存放当前线程的id，这样它将处于锁定状态，除非退出同步块，否则其他线程无法获取到这个Monitor。
指向互斥量的指针。

6. 锁和哈希码

不推荐修改hashCode。
当一个对象计算过hashCode后，再也无法进入偏向锁状态。
偏向锁过程中遇到一致哈希计算请求，立马撤销偏向模式，膨胀为重量级锁。

无锁状态：对象的hashCode()方法第一次被调用时，JVM会生成对应的identity hash code值并将该值存储到Mark Word中。
偏向锁：线程获取偏向锁，或用线程id和epoch值覆盖identity hash code所在的位置。如果一个对象的hashCode() 方法已被调用过一次之后，这个对象不能被设置偏向锁。为了保证统一对象前后两次调用hashCode() 方法得到的结果一致。
轻量锁：JVM会在当前线程的栈帧中创建一个锁记录(Lock Record)空间，用于存储锁对象的Mark Word拷贝。所以轻量锁可以和identity hash code共存，哈希码和GC年龄保存于此，释放锁后，这些信息写回对象头中，
重量级锁：Mark Word的重量级锁指针指向重量级锁的ObjectMonitor类，里面有字段记录非加锁状态下的Mark Word，释放后也会写回。

7. JIT编译器对锁的优化

Just in time compiler即时编译器。

7.1 锁消除

锁消除。JIT编译器会无视它，每次new o，synchronized(o) 就会无视它。

class Test05 {
    Object object = new Object();
    public void print() {
        Object o = new Object();
        synchronized (o) {
            System.out.println("Lock:" + o.hashCode() + " Object:" + object.hashCode());
        }
    }
}
public class demo05 {
    public static void main(String[] args) {
        Test05 test05 = new Test05();
        for(int i=0; i<10; i++) {
            test05.print();
        }
    }
}

7.2 锁粗化

一次申请锁。

    public static void main(String[] args) {
        Object o = new Object();
        for(int i=0; i<10; i++) {
            synchronized (o) {
                System.out.println("1");
            }
            synchronized (o) {
                System.out.println("1");
            }
        }
    }